Was ist eine Sputtermaschine?
Eine Sputtermaschine ist normalerweise eine kleine, versiegelte Kammer, in der energiereiche Teilchen wie Elektronen ein Ausgangsmaterial bombardieren, das Atome von der Oberfläche abwirft. Diese Atome prallen dann von den Kammerwänden ab und beschichten ein Probenobjekt innerhalb der Kammer. Rasterelektronenmikroskope (REMs), die auf der elektrischen Leitfähigkeit von Proben beruhen, um Merkmale im Nanometerbereich zu betrachten, verwenden häufig eine Sputtermaschine, um biologische Proben zum Betrachten zunächst mit einer dünnen Schicht aus Platin zu beschichten. Andere Anwendungen für die Sputtermaschinentechnologie umfassen das Beschichten von Dünnfilmen im Abscheidungsprozess für die Halbleiterindustrie und das Abätzen einer Oberflächenschicht von einem Material, um dessen chemische Zusammensetzung zu bestimmen.
Obwohl die Maschinen, für die eine Sputtermaschine eine Probe vorbereitet, sehr komplex und teuer sein können, müssen Sputteranlagen dies nicht tun. Sputtermaschinen können relativ einfache Geräte sein, die nach gängigen physikalischen Prinzipien arbeiten und häufig keine beweglichen Teile aufweisen oder komplexe Wartungsarbeiten erfordern. Ihre Größe reicht von kleinen Tischgeräten bis zu großen Bodenmodellen.
Das physikalische Aufdampfen ist eine Routinemethode, die bei der Konstruktion von Sputtermaschinen verwendet wird. Das Abscheidematerial wird in einer Sputterkammer unter niedrigem Druck, üblicherweise einem Teilvakuum, in Dampf umgewandelt. Der Dampf kondensiert auf dem Substratmaterial in der Kammer, um einen dünnen Film zu bilden. Dieser Film kann nur mehrere Schichten von Atomen oder Molekülen dick sein und wird sich in direktem Verhältnis zu der Dauer des Sputterprozesses verdicken. Weitere Faktoren für die Dicke des Dünnfilms sind die Masse jedes beteiligten Materials und das Energieniveau der Beschichtungsteilchen, die von mehreren zehn Elektronenvolt bis zu Tausenden geladen werden können.
Geladene Atome, die als Ionen bekannt sind, werden auch von einer Sputtermaschine in einem als potentielles Sputtern bekannten Prozess verwendet. Das Sputtermaterial erhält eine Ionenladung, die es beim Auftreffen auf die Targetoberfläche verliert. Im Zusammenhang mit diesem Prozess steht das reaktive Ionenätzen (RIE), bei dem in der Sekundärionen-Massenspektrometer-Forschung (SIMS) natürlich ionische Materialien verwendet werden, um das Vorhandensein von Spurenelementen in Materialien zu analysieren. Die statische SIMS-Verarbeitung wird mit einer derart feinen Geschwindigkeit gesputtert, dass nur ein Zehntel einer atomaren Monoschicht von der Zieloberfläche entfernt wird. Es ist daher ein weiteres nützliches Werkzeug in der Nanotechnologieforschung, ebenso wie die Sputtermaschine für das REM.
Andere Verwendungen für eine Sputtermaschine umfassen das Beschichten von Flachglas, Acryl und anderen Kunststoffen sowie von Keramik und anderen Kristallen als Silizium. Sie können auch als sehr feine Methode zum Reinigen und Polieren empfindlicher Bauteile verwendet werden. Auch teurer Schmuck und Geschirr wie Goldbesteck sowie spezielle Gold- und Aluminiumfolien können durch Sputtern abgeschieden werden.