Was ist Magnetronsputtern?

2024-04-03

Magnetronsputtern ist ein häufig verwendetesPVDBei den Verfahren zur Herstellung von Dünnschichten, die auf den Grundsätzen des Ionenbeschusses und der Zerstäubung beruhen, werden hochfrequente elektrische und statische Magnetfelder in einer Vakuumumgebung angelegt. Bei diesem Verfahren wird das Material in Form eines Targets hergestellt, das sich in einer Vakuumkammer befindet. Durch Anlegen des elektrischen Feldes bildet sich auf der Oberfläche des Targets ein Plasma, während das statische Magnetfeld Ionen aus dem Plasma zum Beschuss auf die Oberfläche des Targets lenkt. Die beschossene Oberfläche des Targets setzt Atome oder Moleküle frei, die sich mit hoher Geschwindigkeit auf der Substratoberfläche ablagern und einen dünnen Film bilden.

Prinzip des Magnetronsputterns

Sputtering-Beschichtung ist der Prozess des Sputterns durch Partikelbeschuss des Zielmaterials, der Atome oder Ionen auf das Substrat schießt und sie auf dem Substrat ablagert, um eine Filmschicht zu bilden. Magnetronsputtern ist in der bipolaren Glimmentladung, wenn das zusätzliche Magnetfeld, Elektronen durch das elektrische Feld zur gleichen Zeit durch das Magnetfeld gebunden beschleunigt werden, war eine Pendelbewegung, die Verbesserung der Kollisionsfrequenz von Elektronen und Zielteilchen und Arbeitsgas-Ionen, die Arbeitsgas-Ionisationsgrad erhöht, wird der Arbeitsgasdruck reduziert, und die Arbeitsgas-Ionen werden durch das elektrische Feld beschleunigt, die Auswirkungen des Ziels und die Freisetzung von Energie auf das Ziel, um Atome oder Ionen aus Zielmaterial geschossen, wird die Filmschicht auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden. Eine Filmschicht wird auf der Oberfläche abgeschieden.

Klassifizierung des Magnetronsputterns

Klassifizierung nach Magnetfeldkonfiguration

Planare Magnetronzerstäubung (PMS)

Konventionelle Magnetron-Sputter-Konfiguration mit Magnetfeld parallel zur Target-Oberfläche.
Geeignet für die gleichmäßige Ablagerung auf großen Flächen.

Rotations-Target-Magnetron-Sputtern (RMS)

Die Zielscheibe wird in eine zylindrische Form gedreht, um die Lebensdauer der Zielscheibe zu verlängern.
Ideal für die Abscheidung von Schichten, die große Flächen und hohe Gleichmäßigkeit erfordern.

Zwei-Target-Magnetron-Sputtern (DMS)

Es werden zwei magnetisch gesteuerte Targets verwendet, um die Ladungsansammlung auf der Targetoberfläche während des Entladungsprozesses zu minimieren.
Verbessert die Sputtereffizienz und die Gleichmäßigkeit der Schichten und eignet sich für die Herstellung von elektrisch isolierenden Schichten.

Klassifizierung nach Prozessgas

DC-Magnetron-Sputtering (DC-Magnetron-Sputtering)

Sputtern mit DC-Stromversorgung für leitende Targets.
Das Verfahren ist einfach und eignet sich für die Abscheidung von dünnen Metallschichten.

RF-Magnetron-Sputtering (RFMS)

Sputtern mit RF-Stromversorgungen für leitende und nichtleitende Targets.
Geeignet für die Herstellung von isolierenden Schichten wie Oxiden und Nitriden.

Klassifizierung nach Ablagerungsumgebung

Reaktive Magnetronzerstäubung (RMS)

Dem Argongas werden Reaktionsgase (z. B. Sauerstoff, Stickstoff) zugesetzt, die mit dem Zielmaterial chemisch reagieren und einen Verbundfilm bilden.
Geeignet für die Herstellung von Oxid-, Nitrid- und anderen Funktionsschichten.

Nicht-reaktives Magnetron-Sputtern (NRMS)

Sputtern unter ausschließlicher Verwendung von Inertgasen (z. B. Argon) zur Abscheidung dünner Schichten aus reinen Metallen oder Legierungen.
Geeignet für die Herstellung von dünnen Metallschichten.

Klassifizierung nach Prozessmerkmalen

Gepulste Magnetronzerstäubung (PMS)

Die kontrollierte Entladung mit einer gepulsten Stromversorgung verbessert die Stabilität des Sputterns und die Qualität der Schichten.
Geeignet zur Reduzierung der Partikelverschmutzung und zur Verbesserung der Filmdichte.

Hochleistungs-Impuls-Magnetron-Sputtern (HiPIMS)

Signifikante Verbesserung der Sputter-Ionisationsrate und der Schichtqualität durch kurze Hochleistungspulse.
Geeignet für die Herstellung von Folien mit hoher Dichte und geringen Defekten.

Klassifizierung nach Anwendungsbereichen

Dekorative Magnetronzerstäubung (DMS)

Wird bei der Herstellung von dekorativen Beschichtungen für Oberflächen wie Handygehäuse, Uhren und Brillengestelle verwendet.
In erster Linie werden Metall- oder Legierungsziele verwendet, wobei der Schwerpunkt auf der Farbe und dem Aussehen der Beschichtung liegt.

Funktionelle Magnetronzerstäubung (FMS)

Sie wird zur Herstellung von dünnen Schichten mit spezifischen Funktionen verwendet, z. B. für optische Beschichtungen, Schutzschichten und leitfähige Schichten.
Der Schwerpunkt liegt auf den optischen, elektrischen und mechanischen Eigenschaften der Folie.

Vorteile des Magnetronsputterns

Hochgradig kontrollierbar: präzise Kontrolle der Zusammensetzung, Struktur und Dicke der Folie.
Gute Umweltverträglichkeit: Durch die Verwendung von Inertgasen entsteht weniger Abfall.
Niedrigtemperaturverfahren: geeignet für temperaturempfindliche Substrate, um Schäden durch hohe Temperaturen zu vermeiden.
Hohe Abscheidungsrate: Erhöhte Plasmadichte für verbesserte Target-Sputtering-Effizienz.
Geringe Partikelverunreinigung: Verringert die Menge der während des Reaktionsprozesses entstehenden Partikel und verbessert die Reinheit des Films.
Anwendbar auf eine breite Palette von Materialien: Anwendbar auf eine breite Palette von Zielen wie Metalle, Legierungen und Verbindungen.
Geeignet für Mehrschichtfolien: Die Abscheidung von Mehrschichtstrukturen oder Verbundfolien ist möglich.
Hohe Stabilität und Wiederholbarkeit: Prozessstabilität für die Massenproduktion.
Gute Filmgleichmäßigkeit und hohe Verdichtung: dichter Film mit starker Haftung und gleichmäßiger Dicke.

Gängige Sputtering-Materialien

Aluminium (Al), Kupfer (Cu), Titan (Ti), Wolfram (W), Nickel (Ni), Silber (Ag), Gold (Au), Indium-Zinn-Oxid (ITO), Zinkoxid (ZnO), Titanoxid (TiO2), Aluminiumoxid (Al2O3), Siliziumnitrid (Si3N4), Titannitrid (TiN), Aluminiumnitrid (AlN), Siliziumkarbid (SiC), Titankarbid (TiC), Mehrschichttargets aus Titan/Titannitrid (Ti/TiN), usw. Mehrschichtige Targets aus Titannitrid (Ti/TiN) usw.

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