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Thin Film Deposition


Thin Film Deposition


Thermische Verdampfung
Thermische Verdampfung ist wahrscheinlich die einfachste Physical Vapor Deposition (PVD) Verfahren zur Herstellung von dünnen Schichten, in denen Quelle Atomen oder Molekülen (Evaporant) thermischen Energie aus dem Heizsystem der Dampfphase zu bilden und anschließend verdichten erhalten auf eine Substrat. Dieser Prozess beinhaltet entweder Verdampfung bei festem Untergrund zuerst schmilzt und dann verwandelt sich in Dampf oder Sublimation tritt Solid-Dampf Umwandlung direkt. Hohe Abschmelzleistungen, hohen Vakuum Zustand und allgemeine Anwendbarkeit für alle Klassen von Materialien sind die Hauptgründe für die Beliebtheit dieser Technik.

Generell gibt es zwei Arten von Verdunstung Quellen — elektrisch beheizt und Elektronenstrahl erhitzt. Elektrisch beheizte Verdampfungsquelle stützt sich auf die Joule Heizen mit Widerstand oder Induktion Heizungen, die das ganze Evaporants um die Verdampfungstemperatur zu heizen. Die Quellen können sehr unterschiedliche Konfigurationen wie Draht, Blatt Quellen, Sublimation Öfen und Tiegel Quellen haben. Ein Hauptproblem bei solchen Verdunstung Quellen ist, dass sie nicht verunreinigen, reagieren mit oder Legierung mit dem Evaporants oder Freigabe Gase an die Verdampfungstemperatur.

In dieser Hinsicht sowie die Energiezufuhr wird Elektronenstrahl Heizung sicherlich die bevorzugte Verdunstung-Technik. In den e-Beam sind Verdunstung Elektronen thermionically von beheizten Filamente abgestrahlt wird, durch ein negatives Potenzial auf der Kathode beschleunigt und angewiesen, die Evaporant Ladung auf Massepotential aufgrund des Vorhandenseins eines transversalen magnetischen Feldes. Die Reinheit der Evaporant ist gesichert, weil nur eine kleine Menge der Ladung schmilzt oder sublimiert, so dass der effektive Schmelztiegel der ungeschmolzenen Schädel Material umgeben ist.

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Sputtern
Statt thermische Verdampfung verursacht durch Absorption von Wärmeenergie, lassen Atome eine solide Ausgangsmaterial durch Sputtern, i. e. Oberfläche Beschuss mit energiereichen Teilchen. Ähnlich wie Verdunstung die emittierten Atome in Sputter-Verfahren einem verminderten Druck ambient bereisen und atomar auf einem Substrat zu hinterlegen. Das Ausgangsmaterial, Target, auch genannt dient als Kathode, ein DC oder RF-Netzteil verbunden ist, während das Substrat dient als die Anode, die schweben kann, geerdet oder voreingenommen.

Nachdem die Vakuumkammer mit ein Arbeitsgas, in der Regel Argon gefüllt ist kann eine elektrische Entladung (Plasma) durch Anlegen einer Spannung zwischen Kathode und Anode eingeleitet werden. Die positiv ionisierte Gas, die Atome im Plasma in Richtung des Ziels aufgrund des Potenzials beschleunigt werden fallen in der Nähe der Zielfläche und durchstreichen Atome, die durch das Plasma und kondensieren auf dem Substrat, die gewünschte Dünnschichten bilden.

Es gibt mehrere Varianten des Prozesses, nämlich DC, RF, reaktiven Sputtern und das Magnetron-Sputtern. Diese Begriffe sind jedoch über verschiedene Aspekte und was in der Praxis verwendet in der Regel Hybriden von ihnen. Es gibt eine Reihe von Vorteilen der Sputter-Technik. Außer für hohe und große Fläche ermöglicht es auch Ablagerung von Legierungen und Verbundwerkstoffe mit Komponenten, die mit sehr unterschiedlichen Dampfdruck. Die Filme zeigen im allgemeinen geringe Oberflächenrauheit, hohe Dichte, hohe laterale Homogenität und gute Haftung auf dem Untergrund.

Darüber hinaus sind Sputtertargets aus fast allen technischen Materialien heutzutage im Handel erhältlich, unabhängig von Metallen, Halbleitern oder Oxide, Fluoride, Boriden und Nitriden. Diese Materialien sind normalerweise in einer Vielzahl von Formen, zum Beispiel als rechteckige und kreisförmige Platten oder Rotationsflächen herstellbar. Diese Eigenschaften machen eine sehr populäre Technik sowohl für wissenschaftliche Forschung und industriellen Produktion-Sputtern.


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Magnetron Sputtern

Das Magnetron-Sputtern verwendet Magneten Elektronen über die negativ geladenen Targetmaterial auffangen, so dass sie nicht frei, das Substrat, verhindert das Objekt vor Überhitzung oder geschädigt zu werden, und ermöglicht eine schnellere Dünnschicht Abscheidungsrate beschichtet werden zu bombardieren. Magnetron Sputtering Systeme werden normalerweise als "In-Line" wo die Substrate Reisen durch die Target-Material auf irgendeine Art des Förderbandes, oder kreisförmigen für kleinere Anwendungen konfiguriert. Sie verwenden verschiedene Methoden des Verursachens des hohen Energiezustand einschließlich Gleichstrom (DC), Wechselstrom (AC) und Radiofrequenz (RF) Magnetron Quellen.

Im Vergleich zu thermischen Verdampfung, die eher konventionelle Heiztemperaturen nutzt, Sputtering findet statt in der "vierten Plasmazustand der Natur" Umgebung mit viel höheren Temperaturen und kinetischen Energien ermöglicht eine wesentlich reiner und präziser Dünnschicht Ablagerung auf der atomaren Ebene.Welcher Ansatz ist die richtige Wahl für Ihre spezifischen Dünnschicht Ablagerung Beschichtungssystem braucht kann hängt von vielen komplexen Faktoren ab - und mehr als ein Ansatz zu erreichen ähnliche enden.  Sie wollen immer die Hilfe der zuständigen Vakuumtechnik Experte sein, um Ihre genauen Bedürfnisse zu bewerten und bieten Ihnen das optimale Ergebnis zum besten Preis.



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Pulsed Laser deposition
Pulsed Laser Deposition (PLD) ist ein weiterer PVD-Prozess, der heute für den Anbau von hochwertigen epitaktische Dünnfilme immer attraktiver wird. Ursprünglich wurde es als eine unkonventionelle Variante des Verdampfungsprozesses, eingestuft, da PLD auch Verdampfung von Materialien, beinhaltet außer die "Heizung" eine High-Power-Laserquelle ist. PLD gilt heute eher als individuelle Ablagerung Technik aufgrund seiner wesentlichen Unterschied in der Konfiguration und Anwendung im Vergleich zu verdampfen.

Im PLD sind Hilfsstoffe von einem festen Ziel durch gepulste Hochleistungslaser in der Regel mit ultravioletten Wellenlängen abgetragen. Die Ablationsprozess erzeugt eine transiente, leuchtstarke Plasma Rauchfahne die neutralen, Ionen, Elektronen usw. enthält. Die Plasma-Wolke erweitert von der Zielfläche und interagiert mit der Kammeratmosphäre bis das Substrat erreicht wo die Filme hinterlegt sind. Mehrere Vorteile machen PLD eine günstige Technik für den Anbau von Dielektrika und Supraleiter. Es hat die Fähigkeit sehr stöchiometrischen Übertragung der Materialien von Target auf Substrat, das Wachstum von komplexen Mehrkomponenten Filme mit kleinen Stücken von Schüttgut erlaubt. Darüber hinaus führt der Einsatz von Fremdenergie extrem Reinigungsvorgang mit Hintergrund-Gas wird entweder inerte oder reaktive.

Metall-organischen Dampfphase Epitaxie
Neben den oben genannten PVD Prozessen ist chemical Vapor Deposition (CVD) auch eine sehr weit verbreitete Technik für Dünnschicht-Wachstum. Anstelle Werkstoffübergang von kondensierten Phase Evaporant oder Ziel wird CVD gasförmigen Edukte (Ausgangsstoffe) bei mäßigem Druck für die Dünnschicht-Bildung.

CVD ist ein komplexer Prozess und beinhaltet in der Regel mehreren aufeinander folgenden Schritten. Während des Prozesses wird das Substrat unter konstanten Gasfluss Vorläuferstoffe platziert. Chemische Reaktionen in der Gasphase produzieren neue reaktive Spezies und Nebenprodukte in der Reaktionszone. Diese ersten Reaktanden und deren Produkte werden dann auf der Substratoberfläche durch chemische oder physikalische Adsorption transportiert. Heterogene Reaktionen zwischen diese Edukte sind katalysiert durch die Oberfläche und führen zu Keimbildung und Schichtwachstum. Flüchtige Nebenprodukte der Oberflächenreaktionen lassen die Oberfläche durch Desorption und Weg von der Reaktionszone transportiert werden.

Unter einer Vielzahl verschiedener CVD-Prozessen wird Metall-organischen Dampfphase Epitaxie (MOVPE), auch genannt Metall-organischen chemischen Aufdampfen (MOCVD), heute die dominierende Technik zur Herstellung von optoelektronischen Geräten basierend auf Verbindungs-Halbleiter.