Hva er sputtering?

Sputtering er en metode for å avsette veldig tynne lag av et materiale på en overflate ved å bombardere et kildemateriale i et forseglet kammer med elektroner eller andre energiske partikler for å skyte ut atomer i kilden som en form for aerosol som deretter legger seg på alle overflater i kammeret . Prosessen kan avsette ekstremt fine lag med filmer ned til atomskalaen, men har også en tendens til å være treg og brukes best på små overflater. Bruksområder inkluderer belegg av biologiske prøver for avbildning i skanning av elektronmikroskop (SEM), tynnfilmavsetning i halvlederindustrien, og avsetning av belegg for miniatyrisert elektronikk. Nanoteknologinæringen innen medisin, informatikk og materialvitenskapelig forskning er ofte avhengig av forstuing for å designe nye kompositter og enheter på nanometeret, eller en milliarddel meter.

Flere forskjellige typer sputtermetoder er i vanlig bruk, inkludert gasstrøm, reaktiv og magnetron sputtering. Ionstråle og ionestøttet sputtering er også mye brukt på grunn av de mange kjemikaliene som kan eksistere i en ionisk tilstand. Magnetron sputtering blir videre oppdelt i likestrøm (DC), vekselstrøm (AC) og radiofrekvens (RF) applikasjoner.

Magnetron sputtering fungerer ved å plassere et magnetfelt rundt kildematerialet som vil bli brukt til avsetning av lag på målet. Kammeret blir deretter fylt med en inert gass, så som argon. Ettersom kildematerialet er elektrisk ladet med enten vekselstrøm eller likestrøm, blir utkastede elektroner fanget i magnetfeltet og samhandler til slutt med argongassen i kammeret for å lage energiske ioner sammensatt av både argon og kildematerialet. Disse ionene slipper deretter ut av magnetfeltet og påvirker målmaterialet, og avgir sakte et fint lag med kildemateriale på overflaten. RF-sputtering brukes i dette tilfellet for å avsette flere varianter av oksidfilmer på isolerende mål ved å variere den elektriske forspenningen mellom målet og kilden i en hurtig hastighet.

Sputtering med jonstråler fungerer uten at kilden trenger magnetfelt. Joner som blir kastet ut fra kildematerialet samhandler med elektroner fra en sekundær kilde, slik at de bombarderte målet med nøytrale atomer. Dette gjør at et ionesputteringssystem er i stand til å belegge både ledende og isolerende målmateriale og deler, for eksempel de tynne filmhodene til datamaskinens harddisker.

Reaktive sputtermaskiner er avhengige av kjemiske reaksjoner mellom målmaterialet og gasser som pumpes inn i et kammervakuum. Direkte kontroll av avsettingslag gjøres ved å endre trykk og mengder gasser i kammeret. Filmer som brukes i optiske komponenter og solceller er ofte laget i reaktiv sputtering, da støkiometri eller kjemiske reaksjonshastigheter kan kontrolleres nøyaktig.