Beim Sputtern werden Magnete hinter dem Target angebracht, um die Ionisierung des Sputtergases zu verbessern und die Abscheiderate zu erhöhen, während gleichzeitig das Substrat vor übermäßigem Ionenbeschuss geschützt wird.
Dies wird durch die Wechselwirkung des Magnetfelds mit dem elektrischen Feld erreicht, das den Weg der Elektronen verändert, ihre Ionisierungseffizienz erhöht und sie vom Substrat wegleitet.
4 Hauptgründe werden erklärt
1. Verbesserung der Ionisierung und Abscheiderate
Beim Magnetronsputtern entsteht durch die Hinzufügung eines Magnetfelds hinter dem Target eine komplexe Wechselwirkung mit dem elektrischen Feld.
Diese Wechselwirkung führt dazu, dass die Elektronen einer spiralförmigen oder zykloiden Bahn folgen, anstatt einer geraden Linie.
Die eingefangenen Elektronen bewegen sich auf einer Kreisbahn direkt über der Oberfläche des Targets, wodurch die Wahrscheinlichkeit, dass sie mit neutralen Gasmolekülen zusammenstoßen und diese ionisieren, erheblich steigt.
Diese verstärkte Ionisierung führt zu einer größeren Anzahl von Ionen, die für den Beschuss des Targetmaterials zur Verfügung stehen, wodurch die Erosion des Targets und die anschließende Ablagerung von Material auf dem Substrat verstärkt wird.
Die Elektronendichte ist dort am höchsten, wo die Magnetfeldlinien parallel zur Oberfläche des Targets verlaufen, was zu einem lokalisierten Bereich mit hoher Ionisierung und Sputtering führt.
2. Schutz des Substrats
Das Magnetfeld dient auch dazu, die Elektronen in der Nähe der Targetoberfläche einzuschließen, wodurch ihre Fähigkeit, das Substrat zu erreichen und möglicherweise zu beschädigen, verringert wird.
Diese Begrenzung schützt nicht nur das Substrat, sondern konzentriert auch den Ionisierungsprozess in der Nähe des Targets, wodurch die Sputtereffizienz optimiert wird.
Die Ionen werden aufgrund ihrer größeren Masse weniger durch das Magnetfeld beeinflusst und treffen daher weiterhin direkt unter dem Bereich mit hoher Elektronendichte auf das Target, was zu den charakteristischen Erosionsgräben führt, die beim Magnetronsputtern zu beobachten sind.
3. Verwendung von Permanentmagneten
Moderne Sputtersysteme verwenden in der Regel ein System von Permanentmagneten, die sich hinter dem Target befinden.
Diese Magnete helfen dabei, die Sekundärelektronen, die durch die Kollision der Ionen mit der Targetoberfläche erzeugt werden, zurückzuhalten.
Diese Elektronen, die durch das starke Magnetfeld nahe an der Oberfläche des Targets gehalten werden, verstärken die Ionisierung des Sputtergases und ionisieren manchmal sogar einige der Adatome des Targets.
Die schnelle Bewegung dieser Elektronen entlang der Magnetfeldlinien erhöht ihre Ionisierungseffizienz und trägt so zur Gesamteffizienz des Sputterprozesses bei.
4. Zusammenfassung
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Platzierung von Magneten hinter dem Target beim Sputtern entscheidend ist, um die Ionisierung des Sputtergases zu verbessern, die Abscheidungsrate zu erhöhen und das Substrat vor Ionenbeschuss zu schützen.
Erreicht wird dies durch die komplexe Wechselwirkung von magnetischen und elektrischen Feldern, die den Weg der Elektronen verändert und den Ionisierungsprozess in der Nähe der Targetoberfläche konzentriert.
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