Labormaterialien

Im Bereich hochreiner Materialien werden Reinheitsgrade als Prozentsätze ausgedrückt, z. B. 2N für 99 %, 2N5 für 99,5 %, 3N für 99,9 %, 3N5 für 99,95 %, 4N für 99,99 %, 4N5 für 99,995 %, 6N für 99,9999 %, 7N für 99,99999 %. Beispielsweise impliziert 4N-6N einen Reinheitsgrad im Bereich von 99,99 % bis 99,9999 %.

Über Sputtern

Beim Sputtern handelt es sich um ein physikalisches Phänomen, bei dem energiereiche Teilchen aus einem Plasma oder Gas auf die Oberfläche eines festen Materials treffen und dabei mikroskopisch kleine Teilchen herausschleudern. Dieser Prozess findet natürlicherweise im Weltraum statt und kann zu unerwünschtem Verschleiß an Präzisionsbauteilen führen. Es wird jedoch auch in Wissenschaft und Industrie zur Durchführung präziser Ätzungen, Analysetechniken und zur Abscheidung dünner Filmschichten bei der Herstellung optischer Beschichtungen, Halbleiterbauelemente und nanotechnologischer Produkte eingesetzt.

Sputtertarget-Anwendung

Sputtertargets haben ein breites Anwendungsspektrum, einschließlich der Herstellung von Beschichtungen für verschiedene Produkte. Beispielsweise werden Tantal-Sputtertargets bei der Herstellung wesentlicher Komponenten moderner Elektronik eingesetzt. Zu diesen Komponenten gehören unter anderem Mikrochips, Speicherchips, Druckköpfe und Flachbildschirme.

Eine weitere wichtige Anwendung von Sputtertargets ist die Herstellung von beschichtetem Glas mit geringer Strahlung, auch bekannt als Low-E-Glas. Diese Art von Glas wird aufgrund seiner energiesparenden Eigenschaften, seiner Fähigkeit zur Lichtsteuerung und seiner ästhetischen Attraktivität häufig im Hochbau verwendet.

Aufgrund der wachsenden Nachfrage nach erneuerbaren Energien wird die Sputterbeschichtungstechnologie auch bei der Herstellung von Dünnschichtsolarzellen der dritten Generation eingesetzt. Diese Solarzellen werden mithilfe von Sputtertargets hergestellt und sind daher ein wesentlicher Bestandteil bei der Herstellung von Solarmodulen.

FAQ

Was ist physikalische Gasphasenabscheidung (PVD)?

Bei der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) handelt es sich um eine Technik zur Abscheidung dünner Filme durch Verdampfen eines festen Materials im Vakuum und anschließende Abscheidung auf einem Substrat. PVD-Beschichtungen sind äußerst langlebig, kratzfest und korrosionsbeständig und eignen sich daher ideal für eine Vielzahl von Anwendungen, von Solarzellen bis hin zu Halbleitern. PVD erzeugt außerdem dünne Filme, die hohen Temperaturen standhalten. Allerdings kann PVD kostspielig sein und die Kosten variieren je nach verwendeter Methode. Beispielsweise ist die Verdampfung eine kostengünstige PVD-Methode, während das Ionenstrahlsputtern eher teuer ist. Magnetronsputtern hingegen ist teurer, aber skalierbarer.

Was ist ein Sputtertarget?

Ein Sputtertarget ist ein Material, das im Prozess der Sputterabscheidung verwendet wird. Dabei wird das Targetmaterial in winzige Partikel zerkleinert, die einen Sprühnebel bilden und ein Substrat, beispielsweise einen Siliziumwafer, beschichten. Sputtertargets bestehen typischerweise aus metallischen Elementen oder Legierungen, obwohl auch einige Keramiktargets erhältlich sind. Sie sind in verschiedenen Größen und Formen erhältlich, wobei einige Hersteller segmentierte Targets für größere Sputtergeräte herstellen. Sputtertargets finden aufgrund ihrer Fähigkeit, dünne Filme mit hoher Präzision und Gleichmäßigkeit abzuscheiden, ein breites Anwendungsspektrum in Bereichen wie Mikroelektronik, Dünnschichtsolarzellen, Optoelektronik und dekorativen Beschichtungen.

Was sind hochreine Materialien?

Unter hochreinen Materialien versteht man Substanzen, die frei von Verunreinigungen sind und ein hohes Maß an chemischer Homogenität aufweisen. Diese Materialien sind in verschiedenen Branchen unverzichtbar, insbesondere im Bereich der fortschrittlichen Elektronik, wo Verunreinigungen die Leistung von Geräten erheblich beeinträchtigen können. Hochreine Materialien werden durch verschiedene Methoden erhalten, darunter chemische Reinigung, Dampfphasenabscheidung und Zonenraffinierung. Bei der Herstellung von Einkristalldiamanten in elektronischer Qualität sind beispielsweise ein hochreines Rohmaterialgas und ein effizientes Vakuumsystem erforderlich, um den gewünschten Grad an Reinheit und Homogenität zu erreichen.

Was ist Magnetronsputtern?

Beim Magnetronsputtern handelt es sich um eine plasmabasierte Beschichtungstechnik zur Herstellung sehr dichter Filme mit ausgezeichneter Haftung. Damit ist es eine vielseitige Methode zur Herstellung von Beschichtungen auf Materialien mit hohem Schmelzpunkt, die nicht verdampft werden können. Diese Methode erzeugt ein magnetisch eingeschlossenes Plasma nahe der Oberfläche eines Ziels, wo positiv geladene energiereiche Ionen mit dem negativ geladenen Zielmaterial kollidieren und Atome ausgestoßen oder „zerstäubt“ werden. Diese ausgestoßenen Atome werden dann auf einem Substrat oder Wafer abgeschieden, um die gewünschte Beschichtung zu erzeugen.

Wie werden Sputtertargets hergestellt?

Sputtertargets werden abhängig von den Eigenschaften des Targetmaterials und seiner Anwendung mithilfe verschiedener Herstellungsverfahren hergestellt. Dazu gehören Vakuumschmelzen und -walzen, Heißpressen, spezielle Press-Sinterverfahren, Vakuum-Heißpressen und Schmiedeverfahren. Die meisten Sputtertargetmaterialien können in einer Vielzahl von Formen und Größen hergestellt werden, wobei kreisförmige oder rechteckige Formen am häufigsten vorkommen. Targets bestehen in der Regel aus metallischen Elementen oder Legierungen, es können aber auch Keramiktargets verwendet werden. Es sind auch zusammengesetzte Sputtertargets erhältlich, die aus einer Vielzahl von Verbindungen hergestellt werden, darunter Oxide, Nitride, Boride, Sulfide, Selenide, Telluride, Karbide, Kristalle und Verbundmischungen.

Warum Magnetronsputtern?

Magnetronsputtern wird bevorzugt, da es eine hohe Präzision bei der Filmdicke und Dichte der Beschichtungen ermöglicht und damit den Verdampfungsmethoden überlegen ist. Diese Technik eignet sich besonders zur Herstellung metallischer oder isolierender Beschichtungen mit spezifischen optischen oder elektrischen Eigenschaften. Darüber hinaus können Magnetron-Sputtersysteme mit mehreren Magnetronquellen konfiguriert werden.

Wofür wird ein Sputtertarget verwendet?

Sputtertargets werden in einem Prozess namens Sputtern verwendet, bei dem dünne Schichten eines Materials auf einem Substrat abgeschieden werden, wobei Ionen zum Bombardieren des Targets verwendet werden. Diese Targets haben ein breites Anwendungsspektrum in verschiedenen Bereichen, darunter Mikroelektronik, Dünnschichtsolarzellen, Optoelektronik und dekorative Beschichtungen. Sie ermöglichen die Abscheidung dünner Materialfilme auf einer Vielzahl von Substraten mit hoher Präzision und Gleichmäßigkeit, was sie zu einem idealen Werkzeug für die Herstellung von Präzisionsprodukten macht. Sputtertargets gibt es in verschiedenen Formen und Größen und können auf die spezifischen Anforderungen der Anwendung zugeschnitten werden.

Welche Materialien werden bei der Dünnschichtabscheidung verwendet?

Bei der Dünnschichtabscheidung werden üblicherweise Metalle, Oxide und Verbindungen als Materialien verwendet, von denen jedes seine eigenen Vor- und Nachteile hat. Metalle werden aufgrund ihrer Haltbarkeit und einfachen Abscheidung bevorzugt, sind jedoch relativ teuer. Oxide sind sehr langlebig, halten hohen Temperaturen stand und können bei niedrigen Temperaturen abgeschieden werden, können jedoch spröde und schwierig zu verarbeiten sein. Verbindungen bieten Festigkeit und Haltbarkeit, können bei niedrigen Temperaturen aufgetragen und auf bestimmte Eigenschaften zugeschnitten werden.

Die Auswahl des Materials für eine Dünnfilmbeschichtung hängt von den Anwendungsanforderungen ab. Metalle sind ideal für die thermische und elektrische Leitung, während Oxide einen wirksamen Schutz bieten. Die Verbindungen können individuell auf die jeweiligen Anforderungen zugeschnitten werden. Letztendlich hängt das beste Material für ein bestimmtes Projekt von den spezifischen Anforderungen der Anwendung ab.

Was sind Sputtertargets für die Elektronik?

Sputtertargets für die Elektronik sind dünne Scheiben oder Platten aus Materialien wie Aluminium, Kupfer und Titan, mit denen dünne Filme auf Siliziumwafern abgeschieden werden, um elektronische Geräte wie Transistoren, Dioden und integrierte Schaltkreise herzustellen. Diese Targets werden in einem Prozess namens Sputtern verwendet, bei dem Atome des Targetmaterials physikalisch von der Oberfläche ausgestoßen und durch Beschuss des Targets mit Ionen auf einem Substrat abgelagert werden. Sputtertargets für die Elektronik sind bei der Produktion von Mikroelektronik unerlässlich und erfordern in der Regel eine hohe Präzision und Gleichmäßigkeit, um die Qualität der Geräte sicherzustellen.

Welche Methoden gibt es, um eine optimale Dünnschichtabscheidung zu erreichen?

Um dünne Filme mit den gewünschten Eigenschaften zu erzielen, sind hochwertige Sputtertargets und Verdampfungsmaterialien unerlässlich. Die Qualität dieser Materialien kann durch verschiedene Faktoren wie Reinheit, Korngröße und Oberflächenbeschaffenheit beeinflusst werden.

Die Reinheit von Sputtertargets oder Verdampfungsmaterialien spielt eine entscheidende Rolle, da Verunreinigungen zu Defekten im resultierenden Dünnfilm führen können. Auch die Korngröße beeinflusst die Qualität des dünnen Films, wobei größere Körner zu schlechten Filmeigenschaften führen. Darüber hinaus ist die Oberflächenbeschaffenheit von entscheidender Bedeutung, da raue Oberflächen zu Defekten in der Folie führen können.

Um Sputtertargets und Verdampfungsmaterialien von höchster Qualität zu erhalten, ist es entscheidend, Materialien auszuwählen, die eine hohe Reinheit, kleine Korngröße und glatte Oberflächen aufweisen.

Verwendungsmöglichkeiten der Dünnschichtabscheidung

Dünnfilme auf Zinkoxidbasis

ZnO-Dünnfilme finden in verschiedenen Branchen Anwendung, beispielsweise in der thermischen, optischen, magnetischen und elektrischen Industrie. Ihre Hauptanwendung liegt jedoch in Beschichtungen und Halbleiterbauelementen.

Dünnschichtwiderstände

Dünnschichtwiderstände sind für die moderne Technologie von entscheidender Bedeutung und werden in Funkempfängern, Leiterplatten, Computern, Hochfrequenzgeräten, Monitoren, WLAN-Routern, Bluetooth-Modulen und Mobiltelefonempfängern verwendet.

Magnetische Dünnfilme

Magnetische Dünnfilme werden in der Elektronik, Datenspeicherung, Radiofrequenzidentifikation, Mikrowellengeräten, Displays, Leiterplatten und Optoelektronik als Schlüsselkomponenten eingesetzt.

Optische Dünnfilme

Optische Beschichtungen und Optoelektronik sind Standardanwendungen optischer Dünnschichten. Durch Molekularstrahlepitaxie können optoelektronische Dünnschichtbauelemente (Halbleiter) hergestellt werden, bei denen epitaktische Filme Atom für Atom auf dem Substrat abgeschieden werden.

Polymer-Dünnfilme

Polymerdünnfilme werden in Speicherchips, Solarzellen und elektronischen Geräten verwendet. Chemische Abscheidungstechniken (CVD) ermöglichen eine präzise Kontrolle von Polymerfilmbeschichtungen, einschließlich Konformität und Beschichtungsdicke.

Dünnschichtbatterien

Dünnschichtbatterien versorgen elektronische Geräte wie implantierbare medizinische Geräte mit Strom, und die Lithium-Ionen-Batterie hat dank der Verwendung dünner Schichten erhebliche Fortschritte gemacht.

Dünnschichtbeschichtungen

Dünnschichtbeschichtungen verbessern die chemischen und mechanischen Eigenschaften von Zielmaterialien in verschiedenen Industrien und Technologiebereichen. Gängige Beispiele sind Antireflexbeschichtungen, Anti-Ultraviolett- oder Anti-Infrarot-Beschichtungen, Anti-Kratz-Beschichtungen und Linsenpolarisation.

Dünnschichtsolarzellen

Dünnschichtsolarzellen sind für die Solarenergieindustrie unverzichtbar und ermöglichen die Produktion relativ günstiger und sauberer Elektrizität. Photovoltaikanlagen und Wärmeenergie sind die beiden wichtigsten anwendbaren Technologien.

Wie hoch ist die Lebensdauer eines Sputtertargets?

Die Lebensdauer eines Sputtertargets hängt von Faktoren wie der Materialzusammensetzung, der Reinheit und der spezifischen Anwendung ab, für die es verwendet wird. Im Allgemeinen können Targets mehrere hundert bis einige tausend Stunden Sputtern überdauern, dies kann jedoch je nach den spezifischen Bedingungen jedes Laufs stark variieren. Auch die richtige Handhabung und Wartung kann die Lebensdauer eines Ziels verlängern. Darüber hinaus kann der Einsatz rotierender Sputtertargets die Laufzeiten verlängern und das Auftreten von Defekten reduzieren, was sie zu einer kostengünstigeren Option für Prozesse mit hohem Volumen macht.

Faktoren und Parameter, die die Abscheidung dünner Schichten beeinflussen

Abscheidungsrate:

Die Geschwindigkeit, mit der die Folie produziert wird, typischerweise gemessen in Dicke dividiert durch Zeit, ist entscheidend für die Auswahl einer für die Anwendung geeigneten Technologie. Für dünne Filme genügen mäßige Abscheideraten, für dicke Filme sind schnelle Abscheideraten erforderlich. Es ist wichtig, ein Gleichgewicht zwischen Geschwindigkeit und präziser Filmdickensteuerung zu finden.

Gleichmäßigkeit:

Die Konsistenz des Films über das Substrat wird als Gleichmäßigkeit bezeichnet, die sich normalerweise auf die Filmdicke bezieht, sich aber auch auf andere Eigenschaften wie den Brechungsindex beziehen kann. Es ist wichtig, die Anwendung gut zu verstehen, um eine Unter- oder Überspezifikation der Einheitlichkeit zu vermeiden.

Füllfähigkeit:

Die Füllfähigkeit oder Stufenabdeckung bezieht sich darauf, wie gut der Abscheidungsprozess die Topographie des Substrats abdeckt. Die verwendete Abscheidungsmethode (z. B. CVD, PVD, IBD oder ALD) hat einen erheblichen Einfluss auf die Stufenabdeckung und -füllung.

Filmeigenschaften:

Die Eigenschaften des Films hängen von den Anforderungen der Anwendung ab, die in photonische, optische, elektronische, mechanische oder chemische Anforderungen eingeteilt werden können. Die meisten Filme müssen Anforderungen in mehr als einer Kategorie erfüllen.

Prozesstemperatur:

Die Filmeigenschaften werden erheblich von der Prozesstemperatur beeinflusst, die durch die Anwendung eingeschränkt sein kann.

Schaden:

Jede Abscheidungstechnologie birgt das Potenzial, das Material, auf dem sie abgeschieden wird, zu beschädigen, wobei kleinere Strukturen anfälliger für Prozessschäden sind. Zu den potenziellen Schadensquellen zählen Umweltverschmutzung, UV-Strahlung und Ionenbeschuss. Es ist wichtig, die Grenzen der Materialien und Werkzeuge zu verstehen.

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