Das Sputtern ist langsamer als das Aufdampfen, was in erster Linie auf die unterschiedlichen Mechanismen und Energieniveaus zurückzuführen ist, die bei beiden Verfahren zum Tragen kommen.
Beim Sputtern handelt es sich um einen komplexeren Prozess mit energiereicheren Teilchen, der im Vergleich zum einfacheren und direkteren Verdampfungsprozess zu einer langsameren Abscheidungsrate führt.
4 Hauptgründe, warum die Sputterabscheidung langsamer ist
1. Mechanismus der Abscheidung
Sputtern: Bei diesem Verfahren werden Atome aus einem festen Zielmaterial durch den Beschuss mit energiereichen Teilchen (in der Regel Ionen) ausgestoßen.
Die hochenergetischen Teilchen werden durch Glimmentladungen in einem Gas wie Argon erzeugt.
Die Komplexität der Wechselwirkungen beim Sputtern, die oft mit der Kinetik einer Billardkugel in drei Dimensionen verglichen wird, trägt zu der langsameren Abscheidungsrate bei.
Der Prozess ist kontrollierter und präziser, was die Abscheidung insgesamt verlangsamen kann.
Verdampfung: Im Gegensatz dazu wird bei der Verdampfung ein Ausgangsmaterial bis zu seinem Siedepunkt erhitzt, wodurch es verdampft und dann auf einem Substrat kondensiert.
Dieses Verfahren ist einfacher und direkter und ermöglicht höhere Abscheideraten.
2. Energieniveaus
Sputtern: Die beim Sputtern abgeschiedenen Stoffe haben aufgrund des Ionenbeschusses höhere Energien (1-100 eV), was die Haftung und die Qualität des Films verbessern kann, aber auch mehr Zeit für die effektive Abscheidung der einzelnen Atome erfordert.
Aufdampfen: Verdampfte Spezies haben niedrigere Energien (0,1-0,5 eV), was eine schnellere Abscheidung ermöglicht, da die Atome nicht so präzise positioniert werden müssen oder einen so hohen Energiezustand haben, um am Substrat zu haften.
3. Abscheiderate und Kontrolle
Sputtern: Beim Sputtern können zwar hohe Abscheideraten erreicht werden, aber im Allgemeinen sind die Raten niedriger als beim Verdampfen, insbesondere bei anderen Materialien als reinen Metallen.
Außerdem lässt sich beim Sputtern die Schichtdicke nicht so genau steuern, was sich auf die Gesamtabscheidungsrate und die Gleichmäßigkeit auswirken kann.
Verdampfung: Die Verdampfung bietet höhere Abscheideraten (bis zu 750.000 A min^1) und eignet sich aufgrund ihrer Einfachheit und des direkten Charakters des Abscheideprozesses besser für die Großserienproduktion.
4. Komplexität und Kosten
Sputtern: Die Ausrüstung und der Aufbau für das Sputtern sind komplexer und kostspieliger, was auch zu den langsameren Abscheideraten beitragen kann, da der Prozess eine genauere Kontrolle und Steuerung der Variablen erfordert.
Aufdampfen: Verdampfungssysteme sind im Allgemeinen weniger komplex und kostengünstiger und ermöglichen schnellere und einfachere Abscheidungsprozesse.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die langsamere Abscheidungsrate beim Sputtern auf den komplexen Mechanismus mit hochenergetischen Partikeln zurückzuführen ist, der zwar die Qualität und Gleichmäßigkeit der Schichten verbessert, aber den Prozess im Vergleich zum einfacheren und direkteren Verdampfungsprozess verlangsamt.
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