Was ist ein Dünnschichtverdampfer?
Ein Dünnschichtverdampfer ist eine Maschine zur Herstellung von Dünnschichten. Durch Verdampfen oder Sublimieren verschiedener Elemente kann ein Dünnschichtverdampfer extrem dünne Schichten von Atomen oder Molekülen auf einem Substratmaterial abscheiden. Die Maschine besteht aus einer Vakuumkammer, einem Heizelement und einer Vorrichtung, die ein Substrat hält und bewegt, während ein dünner Film darauf abgelagert wird.
Es gibt zwei Hauptverdunstungsarten, mit denen ein dünner Film erzeugt werden kann. Dies sind Widerstandsverdampfung und Elektronenstrahlverdampfung. Bei beiden dieser Techniken wird ein Targetmaterial in einem Dünnschichtverdampfer erhitzt, bis es entweder verdampft oder sublimiert. Als Gas bewegt sich das Targetmaterial durch eine Vakuumkammer, bis es auf einem Substrat landet und einen dünnen Film bildet. Beide Techniken setzen voraus, dass die Zielmaterialien so stabil wie ein Gas sind.
Bei der Widerstandsverdampfung wird ein elektrischer Strom durch ein Targetmaterial geleitet, das beim Erregen heiß wird. Bei ausreichender Wärme verdampft oder sublimiert das Zielmaterial. Gold und Aluminium sind übliche Targetmaterialien, die in Form von Metalldrähten, sogenannten Filamenten, verdampft werden können. Targetmaterialien in Form von Filamenten lassen sich nur schwer auf einen Verdampfer laden und können nur in geringen Mengen verarbeitet werden. Ein Dünnschichtverdampfer kann auch dünne Schichten eines Zielmaterials verwenden, die oft einfacher zu bearbeiten sind und beim Verdampfen mehr Material ergeben.
Einige Targetmaterialien sind für die resistive Verdampfung ungeeignet, da sie während des Prozesses große Teile von Feststoffen abgeben können. Wenn diese Feststoffe mit dem sich auf dem Substrat bildenden dünnen Film kollidieren, können sie ihn zerstören. Das Verdampfen dieser Materialien erfordert die Verwendung einer geschlossenen Heizquelle, durch die die gasförmige Form des Materials durch kleine Löcher entweichen kann, während Abschnitte von Feststoffen in der Heizkammer eingeschlossen werden.
Die Elektronenstrahlverdampfung erwärmt das Targetmaterial, indem ein Strahl energiereicher Elektronen darauf gerichtet wird. Bei dieser Art von Dünnschichtverdampfer wird das Targetmaterial in einem gekühlten Herd gehalten, während es mit Elektronen beschossen und erhitzt wird. Dieses Verfahren eignet sich für Targetmaterialien mit einer sehr hohen Verdampfungstemperatur, da der fokussierte Energiestrahl das Targetmaterial erwärmen kann, ohne die gesamte Vorrichtung zu erwärmen. Der Behälter mit dem Targetmaterial ist keiner extremen Hitze ausgesetzt, sodass er während des Vorgangs nicht schmilzt oder verdunstet. Diese Art der Dünnschichtverdampfung erfordert eine spezielle Ausrüstung und kann recht kostspielig sein.