Hva er reaktiv sputtering?

Reaktiv sputtering er en variant av plasmaforstøvningsprosessen som brukes til å avsette en tynn film på et underlagsmateriale. I denne prosessen frigjøres et målmateriale, for eksempel aluminium eller gull, til et kammer med en atmosfære laget av en positivt ladet reaktiv gass. Denne gassen danner en kjemisk binding med målmaterialet og blir avsatt på et underlagsmateriale som en forbindelse.

Mens normal plasmasputtering foregår i et vakuumkammer som har blitt tom for en atmosfære, foregår reaktiv sputtering i et vakuumkammer med en lavtrykksatmosfære som består av en reaktiv gass. Spesielle pumper på maskinen fjerner den normale atmosfæren, som er laget av karbon, oksygen og nitrogen blant andre sporstoffer, og fyll kammeret med en gass, som argon, oksygen eller nitrogen. Den reaktive gassen i den reaktive sputteringsprosessen har en positiv ladning.

Målmaterialet, så som titan eller aluminium, blir deretter frigjort til kammeret, også i form av en gass, og utsatt for et magnetisk felt med høy intensitet. Dette feltet gjør målmaterialet til et negativt ion. Det negativt ladede målmaterialet tiltrekkes av det positivt ladede reaktive materialet, og de to elementene binder seg før de legger seg på underlaget. På denne måten kan tynne filmer være laget av forbindelser som titan-nitrid (TiN) eller aluminiumoksyd (Al203).

Reaktiv sputring øker hastigheten med hvilken en tynn film kan lages av en forbindelse. Mens tradisjonell plasmaspruttering er passende når du lager en tynn film av et enkelt element, tar det sammensatte filmer lang tid å danne. Å tvinge kjemikaliene til å feste seg som en del av tynnfilmprosessen hjelper med å øke hastigheten som de setter seg på underlaget.

Trykket inne i det reaktive sputteringskammeret må styres nøye for å maksimere veksten av den tynne filmen. Ved lavt trykk tar filmen lang tid å danne. Ved høyt trykk kan den reaktive gassen "forgifte" måloverflaten, som er når målmaterialet får sin negative ladning. Dette reduserer ikke bare veksthastigheten for den tynne filmen på underlaget under, men øker også forgiftningshastigheten; jo færre negative partikler det er, jo færre kjemiske bindinger kan de danne med den positivt ladede reaktive gassen, og jo mer reaktiv gass er det for å forgifte måloverflaten. Overvåking og justering av trykket i systemet bidrar til å forhindre denne forgiftningen og gjør at den tynne filmen kan vokse raskt.