Wat is sputteren?
Sputteren is een methode voor het afzetten van zeer dunne lagen van een materiaal op een oppervlak door een bronmateriaal in een afgesloten kamer te bombarderen met elektronen of andere energetische deeltjes om atomen van de bron uit te stoten als een vorm van aerosol die zich vervolgens op alle oppervlakken in de kamer nestelt . Het proces kan extreem fijne filmlagen neerslaan tot op atomaire schaal, maar is ook traag en wordt het best gebruikt voor kleine oppervlakken. Toepassingen zijn onder meer het coaten van biologische monsters voor beeldvorming in scanning-elektronenmicroscopen (SEM's), dunne-filmafzetting in de halfgeleiderindustrie en het aanbrengen van coatings voor geminiaturiseerde elektronica. De nanotechnologie-industrie in de geneeskunde, informatica en materiaalwetenschappen onderzoek vertrouwt vaak op sputteren depositie om nieuwe composieten en apparaten te ontwerpen op de nanometer, of een miljardste van een meter, schaal.
Verschillende soorten sputtermethoden worden algemeen gebruikt, waaronder gasstroom, reactief en magnetron sputtering. Ionenbundels en sproeiers met behulp van ionen worden ook veel gebruikt vanwege de verscheidenheid aan chemicaliën die in ionische toestand kunnen voorkomen. Magnetron-sputteren wordt verder onderverdeeld in toepassingen met gelijkstroom (DC), wisselstroom (AC) en radiofrequentie (RF).
Magnetron-sputteren werkt door een magnetisch veld rond het bronmateriaal te plaatsen dat zal worden gebruikt voor het neerslaan van lagen op het doelwit. De kamer wordt vervolgens gevuld met een inert gas, zoals argon. Omdat het bronmateriaal elektrisch wordt geladen met AC- of DC-stroom, worden uitgeworpen elektronen gevangen in het magnetische veld en werken uiteindelijk in wisselwerking met het argongas in de kamer om energetische ionen te vormen die bestaan uit zowel argon als het bronmateriaal. Deze ionen ontsnappen vervolgens uit het magnetische veld en treffen het doelmateriaal, waarbij langzaam een fijne laag bronmateriaal op het oppervlak wordt afgezet. RF-sputteren wordt in dit geval gebruikt om verschillende soorten oxidefilms af te zetten op isolerende doelen door de elektrische voorspanning tussen het doel en de bron in een snel tempo te variëren.
Sputteren met ionenstralen werkt zonder dat de bron een magnetisch veld nodig heeft. Ionen die uit het bronmateriaal worden uitgeworpen, interageren met elektronen uit een secundaire bron zodat ze het doelwit bombarderen met neutrale atomen. Dit maakt een ionensputtersysteem in staat om zowel geleidend als isolerend doelmateriaal en onderdelen te coaten, zoals de dunne filmkoppen voor computer harde schijven.
Reactieve sputtermachines vertrouwen op chemische reacties tussen het doelmateriaal en gassen die in een kamervacuüm worden gepompt. Directe regeling van afzettingslagen wordt gedaan door de druk en hoeveelheden gassen in de kamer te wijzigen. Films die worden gebruikt in optische componenten en zonnecellen worden vaak gemaakt in reactief sputteren, omdat stoichiometrie of chemische reactiesnelheden nauwkeurig kunnen worden geregeld.