Magnetronzerstäubung (Magnetronsputtern)

Beim Magnetronzerstäuben (kurz: Sputtering) erfolgt die Überführung des Beschichtungsmaterials in die Dampfphase indem durch eine Argon-Glimmentladung (Argon-Plasma) vor dem Target (Beschichtungsmaterial) durch dessen Beschuss mit ionisierten Argon-Ionen Materialteilchen herausgelöst werden. Diese werden teilweise selbst ionisiert, lagern sich auf dem elektrisch negativ vorgespannten Substrat an und gehen dabei auch Verbindungen mit dem Reaktivgas, z.B. Stickstoff, ein.

Aufgrund des niedrigen Energiezustands und der geringen Streufähigkeit des Verfahrens ist der Abstand zwischen der Magnetronsputterquelle und dem Substrat deutlich geringer als bei der Lichtbogenverdampfung.

screenshot sputtering principle


Beim konventionellen Sputtern finden bisher meist “highly balanced“ Magnetfelder Anwendung, d.h. die Feldlinien sind stark eingeschnürt und das Plasma befindet sich direkt vor dem Target. Durch die Entwicklung und Verwendung von „un-balanced“ Magnetron-Sputterquellen werden die Feldlinien weiter geöffnet und der Plasmaraum und somit der Raum zur Ionisierung der für die Abscheidung auf dem Substrat verfügbaren Targetatome weiter vergrößert.

screenshot sputtering field lines


HiPIMS

Eine Schwäche der Magnetronzerstäubung im Vergleich zur Lichtbogenverdampfung liegt in dem deutlich geringeren Ionisierungsgrad und den geringeren Teilchenenergien und Abscheideraten. Um diesen Nachteil zu minimieren, nutzt PVT Magnetronzerstäubung mittels HiPIMS (High Power Impuls Magnetron Sputtering).

Während eines kurzen HiPIMS-Pulses in der Größenordnung von Bruchteilen von Mikrosekunden wird das Substrat bei sehr geringen duty cycles (<10%) von hochionisiertem Beschichtungsmaterial mit mehreren kW pro cm² getroffen. Dies führt zu sehr dichten und glatten Beschichtungen.

screenshot hipims power


HiPIMS V+

Eine weitere Optimierung ergibt sich mittels HiPIMS V+. Durch einen hohen gepulsten Leistungspegel (hochenergetischer negativer Puls) mit anschließendem positiven Gegenpuls können die Abscheiderate weiter gesteigert und die Schichteigenschaften positiv beeinflusst werden.*

screenshot hipims v plus
* entwickelt und angewendet in Zusammenarbeit mit Nano4Energy, Madrid, Spanien.