Hvad er sputtering?

Sputtering er en metode til afsætning af meget tynde lag af et materiale på en overflade ved at bombardere et kildemateriale i et forseglet kammer med elektroner eller andre energiske partikler for at sprøjte atomer fra kilden som en form for aerosol, der derefter bundfældes på alle overflader i kammeret . Processen kan afsætte ekstremt fine lag film ned til atomskalaen, men har også en tendens til at være langsom og bruges bedst til små overfladearealer. Anvendelser inkluderer belægning af biologiske prøver til billeddannelse i scanning af elektronmikroskop (SEM), deponering af tynd film i halvlederindustrien og deponering af belægninger til miniaturiseret elektronik. Nanoteknologisektoren inden for medicin, computervidenskab og materialevidenskabelig forskning er ofte afhængig af sprutdannende afsætning for at designe nye kompositter og enheder på nanometeret, eller en milliarddel meter.

Flere forskellige typer af sputtermetoder er i almindelig brug, herunder gasstrøm, reaktiv og magnetron-sputtering. Ionstråle og ion-assisteret sputtering bruges også vidt på grund af de mange kemikalier, der kan eksistere i en iontilstand. Magnetron-forstøvning opdeles yderligere i direkte strøm (DC), vekselstrøm (AC) og radiofrekvens (RF) applikationer.

Magnetron-sputtering fungerer ved at placere et magnetfelt omkring kildematerialet, der vil blive brugt til afsætning af lag på målet. Kammeret fyldes derefter med en inert gas, såsom argon. Idet kildematerialet er elektrisk ladet med enten vekselstrøm eller jævnstrøm, bliver udkastede elektroner fanget i magnetfeltet og interagerer til sidst med argongassen i kammeret for at skabe energiske ioner sammensat af både argon og kildematerialet. Disse ioner slipper derefter ud af magnetfeltet og påvirker målmaterialet og aflejrer langsomt et fint lag af kildemateriale på dets overflade. RF-sputtering bruges i dette tilfælde til at deponere flere sorter af oxidfilm på isoleringsmål ved at variere den elektriske forspænding mellem målet og kilden i en hurtig hastighed.

Ionstråle sputtering fungerer uden, at kilden har brug for et magnetfelt. Ioner, der udsættes fra kildematerialet, interagerer med elektroner fra en sekundær kilde, så de bombarderede målet med neutrale atomer. Dette gør et ion-sputteringssystem, der er i stand til at belægge både ledende og isolerende målmateriale og dele, såsom de tynde filmhoveder til computerens harddiske.

Reaktive sputtermaskiner er afhængige af kemiske reaktioner mellem målmaterialet og gasser, der pumpes ind i et kammervakuum. Direkte kontrol af deponeringslag udføres ved at ændre trykket og mængderne af gasser i kammeret. Film, der bruges i optiske komponenter og solceller, fremstilles ofte i reaktiv sputtering, da støkiometri eller kemiske reaktionshastigheder kan kontrolleres nøjagtigt.