PVD 2

Sputtern - Strukturzonenmodell nach Thornton

• Beschreibt das Wachstumsverhalten von PVD-Schichten n Abhängigkeit von der Depositionsrate und der Substrattemperatur.

• Drei charakteristische Zonen des Schichtwachstums

Zone I (Säulenwachstum): Niedrige Depositionsrate, niedrige Substrattemperatur.

• Atomo Diffundiren sehr wenig

Zone II (Übergangszone): Mittlere Depositionsrate, moderate Substrattemperatur

• Atome diffundieren besser (aber defekte möglich)

Zone III (kohärentes Wachstum): Hohe Depositionsrate, hohe Substrattemperatur.

• Atome diffundieren am besten, da ausreichend wenrgie

• Um Atome oder Ionen des Targetmaterial zu ionisieren und von der Targetoberfläche abzustoßen, um Beschichtung auf Substrat zu bilden

  
  

  Nicht leitende Materialel mit Radiofrequenz- (RF-)Sputtern

  • Hier wird Hochfrequenz (RF) anstelle von Gleichstrom verwendet, um die Ionisierung der Targetatome zu erreichen.

Sputtern - Verfahrensvarianten

• Direct Current (DC)-Sputtern

  • Elektrische Energie wird verwendet, um Atome oder Ionen von einem elektrisch leitenden Target zu ionisieren.

• RF-Sputtern

  • Hochfrequenz (RF) wird verwendet, um Atome oder Ionen von einem nicht leitenden oder leitfähigen Target zu ionisieren.

• Unbalanced und Balanced Magnetron Sputtern:

  • Ein Magnetfeld wird eingesetzt, um die Plasmabildung zu verbessern.

• Hochimpuls (HI)- und Mittelfrequenz (MF)-Techniken:

  • HI-Sputtern nutzt sehr kurze Impulse hoher Leistung für verbesserte Beschichtungseigenschaften, während MF-Sputtern

• Ionenstrahlsputtern:

  • Hier wird ein Ionenstrahl verwendet, um das Targetmaterial zu sputtern

• Gasflusssputtern:

  • Zusätzlich zum Targetmaterial wird ein Reaktionsgas eingesetzt,

• dünnen Schichten mit einer anderen Gefügestruktur

– herkömmliche Schmelzund Gießverfahren

– Vakuumschmelzverfahren

– Pulvermetallurgische Verfahren

– Beschichtung (z. B. durch thermisches Spritzen)

Vorteile des Sputtern gegenüber Bedampfen:

 besser kontrollierbar

 alle Materialien können gesputtert werden Metalle, Isolatoren, Legierungen, …

 bessere Kontaktbedeckung und höhere Dichte

Nachteile:

 höhere Prozessdrücke als beim Aufdampfen

 aufwendigere Anlagentechnik

 Targets sind sehr teuer.

Bestimmung der chemischen Zusammensetzung

• REM EDX

PVD Bestimmung des strukturellen Aufbaus

• XRD Untersuchung (Eigenspannung)

Bestimmung der mechanischen Eigenschaften

-Mikrohärtebestimmung Indenter

Bestimmung der Haftung - Indentation / Ritztest

Bestimmung der tribologischen Eigenschaften

Bestimmung des Einsatzverhaltens