Was ist physikalische Gasphasenabscheidung?
Die physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) ist ein Verfahren zur Erzeugung dünner Filme durch Übertragen eines Targetmaterials auf ein Substrat. Die Übertragung erfolgt im Gegensatz zur chemischen Gasphasenabscheidung, bei der chemische Reaktionen zur Erzeugung der Dünnfilme verwendet werden, auf rein physikalischem Wege. Halbleiter, Computerchips, CDs (Compact Discs) und DVDs (Digital Video Discs) werden in der Regel nach diesem Verfahren hergestellt.
Es gibt drei Haupttypen der physikalischen Gasphasenabscheidung: Verdampfung, Sputtern und Gießen. Verdampfungstechniken beginnen damit, dass das Zielmaterial in eine Vakuumkammer gegeben wird, wodurch der Druck verringert und die Verdampfungsrate erhöht wird. Das Material wird dann zum Sieden erhitzt und die gasförmigen Partikel des Targetmaterials kondensieren auf den Oberflächen der Kammer, einschließlich auf dem Substrat.
Die beiden Hauptheizmethoden für die physikalische Dampfabscheidung durch Verdampfung sind Elektronenstrahlheizung und Widerstandsheizung. Während des Erwärmens mit Elektronenstrahlen wird ein Elektronenstrahl auf einen bestimmten Bereich des Targetmaterials gerichtet, wodurch dieser Bereich erwärmt und verdampft. Diese Methode eignet sich zur Steuerung der spezifischen Bereiche des Targets, die verdampft werden sollen. Während des Widerstandsheizens wird das Targetmaterial in einen Behälter gegeben, der üblicherweise aus Wolfram besteht, und der Behälter wird mit einem hohen elektrischen Strom erhitzt. Die während der physikalischen Aufdampfung verwendete Aufheizmethode hängt von der Art des Targetmaterials ab.
Sputterprozesse beginnen ebenfalls mit dem Targetmaterial in einer Vakuumkammer, aber das Target wird eher durch Gasplasmaionen als durch Verdampfung oder Kochen aufgebrochen. Während des Prozesses wird ein Strom durch ein Gasplasma geleitet, wodurch sich positive Kationen bilden. Diese Kationen bombardieren das Targetmaterial und schlagen kleine Partikel weg, die sich durch die Kammer bewegen und sich auf dem Substrat ablagern.
Wie die Verdampfung variieren auch die Sputtertechniken je nach Zielmaterial. Einige verwenden Gleichstromquellen (DC), während andere Hochfrequenzquellen (RF) verwenden. Einige Sputtersysteme verwenden auch Magnete, um die Bewegung der Ionen zu lenken, während andere einen Mechanismus zum Drehen des Targetmaterials aufweisen.
Das Gießen ist ein weiteres Hauptverfahren der physikalischen Gasphasenabscheidung und wird am häufigsten für polymere Targetmaterialien und für die Photolithographie verwendet. Während dieses Prozesses wird das Zielmaterial in einem Lösungsmittel gelöst, um eine Flüssigkeit zu bilden, die entweder auf das Substrat gesprüht oder aufgeschleudert wird. Beim Schleudern wird die Flüssigkeit auf das flache Substrat verteilt und so lange geschleudert, bis eine gleichmäßige Schicht entsteht. Sobald das Lösungsmittel verdunstet ist, ist der dünne Film vollständig.