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Fortschritte in Sputtering Coating

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Fortschritte in Sputtering Coating


Magnetronsputtern ist ein Vakuumbeschichtungsverfahren zum Abscheiden dünner Filme auf Glas. Seit ihrer Erfindung in den späten 1960er Jahren haben Sputterelektroden eine Entwicklungsrevolution durchlaufen. Die wichtigsten technologischen Fortschritte sind rotierende zylindrische Magnetrons und fortschrittliche rotierende zylindrische Sputtertargets. Diese beiden parallelen Entwicklungen haben den Herstellern ermöglicht, den Beschichtungsdurchsatz zu erhöhen und die Kosten zu senken, während die Schichtqualität und die Dickenkonstanz erhalten bleiben.


Wir wissen, dass das rotierende Magnetron-Sputtern aufgrund der bemerkenswerten Forschungs- und Entwicklungsfortschritte in Technologie, Prozess und Technik der wirtschaftlichste und ergebnisgesteuerte Prozess ist, der heute verfügbar ist. Die vielen Nachteile von planaren Magnetronsputtertechniken können durch die Einführung und Implementierung einer rotierenden zylindrischen Technologie überwunden werden. Die Anwendung des rotierenden zylindrischen Magnetron-Sputter-Verfahrens hat drei wesentliche Vorteile. Dazu gehören: eine bessere Materialverfügbarkeit, ein höherer Nutzungsgrad und die Möglichkeit, die Leistungsdichte zu verdreifachen, was zu wesentlich höheren Sputterraten oder komplexeren Stacks führt.


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Drehbare Sputtertargets

Da das Marktinteresse an der Vakuumbeschichtung durch Magnetron-Sputtern wächst, expandiert die Zielfertigung konsequent. Thermisches Spritzen ist die bevorzugte Technologie zur Herstellung von Sputtertargets, da es eine breite Palette von Möglichkeiten bietet, um diese sehr komplexen Fertigungsanforderungen zu erfüllen. Drei Parameter beeinflussen direkt die Gesamtbetriebskosten:

Materialzusammensetzung: Dotierte Materialien können sowohl in stöchiometrischen als auch in nichtstöchiometrischen Zusammensetzungen ohne die Grenzen von Phasendiagrammen hergestellt werden. Dies ermöglicht es dem Betreiber, spezifische Beschichtungen zu entwickeln, die nicht mit klassischen Target-Gießtechnologien hergestellt werden können. Thermisches Spritzen muss mögliche Einschränkungen der begrenzten Löslichkeit beim thermischen Spritzen nicht berücksichtigen: Jede Mischung aus zwei Materialien kann durch einfaches Mischen der entsprechenden Fraktionen vor dem Sprühen verarbeitet werden.

Erweiterte Abdeckung: Nahezu alle Materialien können gesprüht werden, von niedrig schmelzenden Metallen bis hin zu hochschmelzenden Keramiken.

✦ Zielflexibilität : Langlebige ( hundeknochenförmige ) Ziele erhöhen die Materialstärke an beiden Enden. Dadurch ist eine hohe Materialausnutzung bei den meisten Materialien und für unterschiedliche Ziellängen (bis zu 152 Zoll) möglich und leicht herzustellen.

✦ Filmzusammensetzung : Typische dünne Filme und Beschichtungsstapel, wie SnO2, TiO2, SiO2 und Si3N4, können über fortschrittliche zylindrische Targetrohre hergestellt werden.

 

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Hier sind einige spezielle zylindrische Rotationsziele, die in der Dünnfilm-Beschichtungsindustrie weit verbreitet sind:

 

Silizium-Aluminium-Targets

Dünne Filme aus SiO2 und Si3N4 werden aus Si (Al) -Zielen gesputtert. Die erfolgreiche Herstellung von Si (Al) -Zielen durch thermisches Spritzen nutzt die Vorteile der wichtigsten Sprühverfahren. Die inhärente Flexibilität für die Zielgeometrie ermöglicht eine große Bandbreite von Zieldurchmessern, -längen und geraden oder Hundeknochen-Zielenden bei gleichzeitiger Maximierung der Ziel-Sputterkapazität durch Erhöhung der Zielschichtdicke auf bis zu 9 mm. Die Dotierungsniveaus von Aluminium können im Bereich von 0 Gew .-% bis 19 Gew .-% liegen, mit strengen Kontrollen der endgültigen chemischen Zusammensetzung. Durch den Wechsel von Standard-6-mm-Targets zu den neuen 9-mm-Targets (mit 50% mehr Material) können die Beschichtungskosten um bis zu 3% reduziert werden, und die Betriebszeit kann um 5% erhöht werden, da weniger Target-Swaps erforderlich sind.

 

Hochdichte Zinn

Standard-thermisch gespritzte Zinntargets weisen 90% der erforderlichen theoretischen Dichte auf, mit einem geschätzten Sauerstoffgehalt von 2000 ppm. Die Fortschritte in der thermischen Sprühtechnologie haben jedoch zu einem neuen hochdichten Zinntarget geführt, das mehr als 98% der erforderlichen theoretischen Dichte erreicht, kombiniert mit einem Sauerstoffgehalt unter 250 ppm. Dieser Fortschritt kombiniert die Vorteile der thermischen Spritztechnologie mit Strukturen mit hoher Dichte. In Bezug auf Lichtbogenrate, Einbrennverhalten, Abscheidungsrate und Strom / Spannungs-Eigenschaften definiert, zeigt das Sputter-Verhalten des Zinn-Target hoher Dichte eine überlegene Leistung. Darüber hinaus ermöglicht das fortschrittliche thermische Spritzen eine präzise Abstimmung der Kornmorphologie, der Kornorientierung und der Materialdichte. Diese flexiblen Einstellungen optimieren die Leistung, um spezifische Sputter- oder Beschichtungscharakteristiken bereitzustellen, was zu erheblichen Kosteneinsparungen führt.

 

Titanoxid

Ein perfektes Beispiel dafür, wie thermisches Spritzen zu einem wertschöpfenden Zielprodukt führt, ist die Herstellung von TiOx-Targets. Erstens erlauben die hohen Prozesstemperaturen dem keramischen Titanoxid zu schmelzen. Gleichzeitig wird das Titanoxid teilweise mit den Prozessgasen reduziert und in eine elektrisch leitfähige Phase umgewandelt. Bei hohen Abkühlraten bleibt es bei Raumtemperatur leitfähig. Dieses Material verbessert die Stabilität während reaktiver Prozesse erheblich, ohne dass ein Rückkopplungsschleife-Prozesssteuersystem erforderlich ist, und verbessert dennoch die Sputterabscheidungsgeschwindigkeit.

 

Indiumzinnoxid

Indiumzinnoxid ist eines der leistungsfähigsten transparenten leitfähigen Oxide, die für den Display-Markt verfügbar sind. Zu den Anwendungen gehören Flachbildschirme wie LCD, PDP und OLED, bei denen die Indiumzinnoxidschicht als transparent dient

Elektrode. Planare Keramikziele bestehen aus einer oder mehreren Fliesen, die mit einer metallischen Trägerplatte verbunden sind. Heute ist die reaktive DC-Magnetron-Sputter-Abscheidung von einem planaren keramischen Target die am weitesten verbreitete Technik zur Abscheidung von Indium-Zinnoxid (ITO) -Beschichtungen auf Glas- und Kunststoffsubstraten. Trotz ihrer Popularität haben planare Targets aufgrund ihrer planaren Struktur mehrere intrinsische Beschränkungen.


Rotierende zylindrische ITO-Targets lösen viele der Einschränkungen von planaren keramischen ITO-Targets. Einige seiner inhärenten Vorteile umfassen:

Größerer nützlicher Zielbestand und erhöhte Zielmaterialauslastung, die beide zu verringerter Maschinenstillstandszeit führen.

Erhöhte Prozessstabilität für die reaktive Abscheidung.

Verbesserte Zielkühlung , die die Leistungsdichte erhöht und die Abscheidungsrate erhöht.

Vorläufige Feldtests haben gezeigt, dass die Gesamtbetriebskosten um mehr als 40% pro Quadratmeter reduziert werden können, während die Auslastung der Ziele verdoppelt wird.

 

 


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