Kapitel 3 PVD Flashcards
Skizze Sputtern (Kathodenzerstäubung)
Was ist Sputtern?
Das Sputtern (von englisch to sputter = zerstäuben), auch Kathodenzerstäubung genannt, ist ein physikalischer Vorgang, bei dem Atome aus einem Festkörper (Target) durch Beschuss mit energiereichen Ionen (vorwiegend Edelgasionen) herausgelöst werden und in die Gasphase übergehen.
Was ist Plasma?
Ein Plasma ist ein Gas mit einem hohen Anteil an ionisierten Molekülen bzw. Atomen. Die Elektronen sind innerhalb des Plasmas frei beweglich und nicht an ein Ion gebunden.
Wie erzeugt man Plasma?
- Ein Plasma erzeugt man mit einem starken elektrischen Feld (x * 100 V) welches man ein Gas anlegt.
- Durch natürliche Radioaktivität ist immer ein Teil der Gasmoleküle ionisiert. Die zugehörigen Elektronen sind die ersten, die in Richtung Pluspol (Anode) beschleunigt werden
- Auf ihrem Weg ionisieren die Elektronen weitere Moleküle. Die Ionen wegen sich zur Kathode, dem Minuspol.
- Es entsteht eine Kaskade von Elektronnen. Hierdurch wird das Plasma erhalten
Welche Anforderung hat man beim Sputtern an das Arbeitsgas?
Das Arbeitgas soll möglichst schwer (hohe Zerstäubungsenergie) und chemisch Inert sein, damit es nicht mit dem Target reagiert.
Mögliche Gase: Helium, Argon, Xenon
Argon guter Kompromiss
Was ist eine Glimmentladung?
Eine Glimmentladung findet statt, wenn ein Ion und ein Elektron zu einem neutralen Atom rekombinieren. Die freiwerdene Energie wird in Form eines Photons abgestrahlt.
Magnetronsputtern
Beim Magnetronsputtern werden die Elektronnen des Plasmas durch ein Magnetfeld in der Nähe des Targets geführt.
Hierdurch werden die Elektronen statt entlang der Feldlinien durch die Lorentzkraft Spiralförmig bewegt.
Durch den so verlängerten Weg können die Elektronen deutlich mehr Ionen erzeugen. (höheres Ionisierungvermögen)
Auf die Bewegung der Ionen hat das Magnetfeld durch deren große Masse keinen großen Einfluss
Vorteil Magnetronsputtern
Deutlich höhere Sputterrate bei gleichem Prozessdruck.
-> Druck kann reduziert werden
Optimal für Metallbeschichtung
Wie funktioniert HF Sputtern?
Beim HF Sputtern wird anstattt eines Gleichstroms eine hochfrequente Wechselspannung angelegt.
Durch ihre Trägheit stehen die Ionen still und die Elektronen bewegen sich hin und her.
Durch eine Überlagerte sog. Bias Spannung (Gleichstrom) können die Ionen nun in Richtung des Targets beschleunigt werden und es zerstäuben.
Vorteile von HF Sputtern
Auch Isolatoren, Halbleiter können gesputtert werden
Höhere Sputterrate bei gleichem Druck
Nachteile von HF Sputtern
- Verhältnismäßig niedrige Beschichtungsraten
- die HF-Erzeugung ist aufwendiger als eine Gleichspannungsquelle
Gegenpol beim HF Sputtern
Als Gegenpol dient in der Regel nicht ds Substrat, sondern der gesamte Rezipent.
Hierdurch laufen die Feldlinien auf dem Substrat zusammen.
Energie der Teilchen beim Sputtern vs Aufdampfen
Die Energie der sich abscheidenen Teilchen ist beim Sputtern viel größer als beim Aufdampfen.
-> Schichten haften besser, eher mechanische Druckspannungen
Was ist reaktives Sputtern?
Genauso wie beim Aufdampfen kann ein zusätzliches Gas im Rezipenten sein. Es wird dann eine Legierung gesputtert.
Was ist Ion Plating?
Beim Ion Plating werden die Vorteile von Aufdampfen und Sputtern genutzt.
Aus einem Schmelztiegel verdampfen die abzuscheidenen Teilchen. Diese werden dann durch ein Plasma ionisiert und in Richtung des Substrats beschleunigt.
Auch hier sind Legierungen mittels eines reaktiven Gases möglich.
Vergleich der PVD Verfahren
