Wenn es um die Abscheidung von ZnO-Dünnschichten geht, ist das am häufigsten verwendete Sputtersystem das Magnetronsputtersystem.
4 wichtige Schritte zum Verständnis des Funktionsprinzips des Magnetronsputtersystems
1. Aufbau der Vakuumkammer
Zu Beginn des Prozesses werden das Substrat und das ZnO-Target in einer Vakuumkammer platziert.
Die Kammer wird dann mit einem Inertgas, in der Regel Argon, bei niedrigem Druck gefüllt.
Diese Anordnung verhindert unerwünschte chemische Reaktionen und stellt sicher, dass die gesputterten Partikel ohne nennenswerte Kollisionen zum Substrat gelangen können.
2. Erzeugung des Plasmas
In der Kammer wird ein elektrisches Feld angelegt.
Das ZnO-Target wird an eine negative Spannung und die Kammerwand an eine positive Spannung angeschlossen.
Diese Anordnung zieht positiv geladene Argon-Ionen zum Target hin an.
Durch den Zusammenstoß dieser Ionen mit der Oberfläche des Targets werden ZnO-Atome durch einen als Sputtern bezeichneten Prozess freigesetzt.
3. Abscheidung von ZnO
Die freigesetzten ZnO-Atome wandern durch das Plasma und lagern sich auf dem Substrat ab, wobei sie eine dünne Schicht bilden.
Die Abscheiderate und die Gleichmäßigkeit der Abscheidung können durch die Einstellung der auf das Target wirkenden Leistung, des Gasdrucks und des Abstands zwischen Target und Substrat gesteuert werden.
4. Kontrolle und Optimierung
Zur Optimierung des Abscheidungsprozesses können verschiedene Parameter eingestellt werden.
Dazu gehören die Substrattemperatur, das Gasgemisch (z. B. die Zugabe von Sauerstoff für reaktives Sputtern zur Verbesserung der ZnO-Eigenschaften) und die Verwendung einer Substratvorspannung zur Steuerung der Energie der abgeschiedenen Atome.
Diagramm Erläuterung
- Target: ZnO-Target, angeschlossen an eine negative Spannungsquelle.
- Substrat: Gegenüber dem Target positioniert, in der Regel auf einem Halter, der je nach Bedarf beheizt oder gekühlt werden kann.
- Vakuumkammer: Enthält das Target und das Substrat und ist mit Argongas gefüllt.
- Stromversorgung: Liefert die negative Spannung an das Target und erzeugt das elektrische Feld.
- Pumpen: Halten das Vakuum aufrecht, indem sie Gase aus der Kammer entfernen.
- Sichtfenster und Sensoren: Ermöglichen die Überwachung und Kontrolle der Prozessbedingungen.
Dieser Aufbau gewährleistet, dass ZnO-Dünnschichten mit hoher Reinheit und kontrollierten Eigenschaften abgeschieden werden können, was das Magnetronsputtern zu einer effektiven Methode für verschiedene Anwendungen wie Elektronik und Solarzellen macht.
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