Was ist Dünnschichtverdampfung?
Dünnschichtverdampfung ist ein Prozess der physikalischen Gasphasenabscheidung, mit dem dünne Schichten eines Materials erzeugt werden. Bei der Dünnschichtverdampfung, die am häufigsten für Metallfilme und Solardächer verwendet wird, werden verschiedene Technologien eingesetzt, um größere Materialstücke in einer Vakuumkammer zu verdampfen und eine dünne, gleichmäßige Schicht auf der Oberfläche zu hinterlassen. Das am weitesten verbreitete Verfahren der Dünnschichtverdampfung umfasst das Erhitzen und Verdampfen des Targetmaterials selbst und das anschließende Kondensieren auf dem Substrat oder der Oberfläche, die die Dünnschicht aufnimmt.
Dieser Prozess beginnt typischerweise in einer geschlossenen Vakuumkammer, die optimiert ist, um Dampf und gasförmige Partikel durch Verringern des Luftdrucks und Verdichten anderer Luftmoleküle abzusaugen. Dies reduziert nicht nur die zum Verdampfen benötigte Energie, sondern ermöglicht auch einen direkteren Weg zum Ablagerungsbereich, da die Dampfpartikel nicht von so vielen anderen Partikeln in der Kammer herumgeschleudert werden. Eine schlechte Kammerkonstruktion mit mehr Luftdruck verringert diese Vakuumeffekte, wodurch der resultierende dünne Film weniger glatt und gleichmäßig wird.
Die beiden Hauptstrategien zum Verdampfen des Targetmaterials sind Elektronenstrahlverdampfung und Filamentverdampfung. Elektronenstrahltechniken umfassen das Erhitzen des Quellenmaterials auf hohe Temperaturen, indem es mit einem Elektronenstrom beschossen wird, der durch ein Magnetfeld gelenkt wird. Wolfram wird typischerweise als Elektronenquelle verwendet und kann mehr Wärme für das Material erzeugen als Filamentverdampfungstechniken. Obwohl Elektronenstrahlen höhere Temperaturen erreichen können, können sie auch unbeabsichtigte schädliche Nebenwirkungen wie Röntgenstrahlen hervorrufen, die das Material in der Kammer möglicherweise beschädigen können. Glühprozesse können diese Effekte beseitigen.
Die Filamentverdampfung ist die zweite Methode zur Induzierung der Verdampfung im Material und umfasst das Erhitzen durch Widerstandselemente. Normalerweise wird ein Widerstand dadurch erzeugt, dass Strom durch einen stabilen Widerstand geleitet wird und genügend Wärme erzeugt wird, um zu schmelzen und das Material dann zu verdampfen. Während dieser Prozess die Wahrscheinlichkeit einer Kontamination geringfügig erhöhen könnte, kann er schnelle Abscheidungsraten erzeugen, die im Durchschnitt bei etwa 1 nm pro Sekunde liegen.
Im Vergleich zu anderen Aufdampfungsverfahren wie Sputtern und chemisches Aufdampfen bietet die Dünnschichtverdampfung einige wichtige Vor- und Nachteile. Einige der Nachteile sind eine geringere Oberflächengleichmäßigkeit und eine verringerte Stufenbedeckung. Zu den Vorteilen zählen schnellere Abscheideraten, insbesondere im Vergleich zum Sputtern, und weniger Hochgeschwindigkeitsionen und -elektronen, die bei Sputterprozessen häufig auftreten.