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Was ist der Unterschied zwischen Ionensputtern und Magnetronsputtern?

Tingting Zhao

Jan 31, 2023

Ionensputtern-Beschichtungsverfahren
Magnetronsputtern-Beschichtungsverfahren

Sputtern ist eine weit verbreitete physikalische Gasphasenabscheidungstechnik (PVD) zur Dünnschichtabscheidung. Dabei werden Atome aus einem festen Zielmaterial herausgeschleudert, indem es mit energiereichen Teilchen, typischerweise Ionen oder Elektronen, bombardiert wird. Die herausgeschleuderten Atome kondensieren auf einem Substrat und bilden eine Dünnschicht. Es gibt verschiedene Arten von Sputtertechniken, darunter Ionensputtern und Magnetronsputtern. Obwohl beide Techniken auf denselben Grundprinzipien basieren, gibt es erhebliche Unterschiede zwischen ihnen hinsichtlich der Prozessparameter, des Gerätedesigns und der resultierenden Filmeigenschaften. In diesem Artikel werden wir die Ionensputtern-Beschichtungstechnik und die Magnetronsputtern-Beschichtungstechnik vergleichen und gegenüberstellen und ihre Vor- und Nachteile hervorheben.


Ionen-Sputter-Beschichtungstechnik


Ionensputtern ist eine Art des Sputterns, bei der Ionen als Bombardierungspartikel verwendet werden. Die Ionen werden auf hohe Energien beschleunigt und auf ein Zielmaterial gerichtet. Wenn die Ionen mit dem Ziel kollidieren, übertragen sie ihre kinetische Energie auf die Zielatome, wodurch diese von der Oberfläche ausgestoßen werden. Die ausgestoßenen Atome bewegen sich dann in einer geraden Linie und lagern sich auf einem Substrat ab, wo sie einen dünnen Film bilden.


Das Ionensputtern hat gegenüber anderen Sputtertechniken mehrere Vorteile, darunter hohe Abscheidungsraten, gute Filmgleichmäßigkeit und geringe Substraterwärmung. Es handelt sich außerdem um einen stark gerichteten Prozess, d. h. die Filmdicke kann durch Anpassen des Einfallswinkels der Ionen gesteuert werden. Allerdings erfordert das Ionensputtern eine Hochvakuumumgebung, um Gasstreuung zu vermeiden, die die Abscheidungsrate und Filmqualität verringern kann. Die hohe Energie der Ionen kann außerdem das Zielmaterial beschädigen, was zu schlechter Filmhaftung und erhöhter Defektdichte führt.


Magnetron-Sputter-Beschichtungstechnik


Magnetronsputtern ist eine Art des Sputterns, bei der ein Magnetfeld verwendet wird, um das Plasma einzuschließen und die Ionisierungseffizienz zu erhöhen. Das Magnetfeld wird durch eine Reihe von Permanentmagneten oder einen Elektromagneten erzeugt, der die Elektronen und Ionen in der Nähe der Zieloberfläche einfängt und so ihre Dichte und Kollisionsfrequenz erhöht. Die erhöhte Ionisierungseffizienz führt im Vergleich zum herkömmlichen Ionensputtern zu einer höheren Abscheidungsrate und einer besseren Filmqualität.


Magnetronsputtern hat gegenüber anderen Sputtertechniken mehrere Vorteile, darunter hohe Abscheidungsraten, gute Filmgleichmäßigkeit und geringe Substraterwärmung. Außerdem hat es im Vergleich zum Ionensputtern eine geringere Ionenenergie, was das Risiko einer Beschädigung des Zielmaterials verringert und die Filmhaftung verbessert. Das Magnetfeld fördert auch eine isotropere Abscheidung, wodurch komplexe Formen und Muster besser abgedeckt werden können. Allerdings erfordert das Magnetronsputtern im Vergleich zum Ionensputtern ein komplexeres Gerätedesign und einen höheren Stromverbrauch.

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