Elektroheizröhren-Trioden-Sputtern

Elektroheizröhren-Trioden-Sputtern

Beim tripolaren Sputtern wird dem Gerät zum bipolaren Sputtern eine Elektrode – eine heiße Kathode – hinzugefügt, die heiße Elektronen emittiert. Unter der Anziehungskraft eines elektrischen Feldes passieren heiße Elektronen den Plasmabereich zwischen dem Target und der Basiselektrode, wodurch die Entladung heißer Elektronen verstärkt wird. Es kann nicht nur die Sputterrate verbessern, sondern auch die Steuerung der Sputterbedingungen bequemer machen. Die Stromdichte steigt auf 1-3 mA/cm2 und die Zielspannung fällt auf 1-2 kV. Negative Vorspannung der heißen Kathode von 0-50 v. Dadurch wird die Sputterrate erhöht und die Qualität der Beschichtung durch das erhöhte Abscheidungsvakuum verbessert.

Quadrupol-Sputtern

Auf Basis des Triodenzerstäubens wird außerhalb des Beschichtungsraums eine zusätzliche Bündelspule, auch Hilfsanode oder stabile Elektrode genannt, hinzugefügt. Die Funktion der Bündelungsspule besteht darin, Elektronen zwischen der Targetkathode und der Substratanode zu sammeln und zwischen ihnen eine Plasmabogensäule mit niedriger Spannung und hohem Strom zu bilden. Eine große Anzahl von Elektronen kollidiert mit dem Gas und ionisiert, wodurch eine große Anzahl von Ionen erzeugt wird. Die Spiralbewegung von Elektronen vergrößert die Entfernung, die sie den Elektronenkollektor erreichen, und erhöht somit die Wahrscheinlichkeit einer Stoßionisation mit einer Stromdichte von 2-5 mA/cm2. Darüber hinaus spielt die Bündelspule auch eine Rolle bei der Stabilisierung der Entladung.

Dieses Sputterverfahren kann den Beschuss des Substrats durch Hochgeschwindigkeitselektronen, die durch das Target erzeugt werden, immer noch nicht unterdrücken, und es gibt auch Probleme, wie beispielsweise ein Fouling der Filmschicht aufgrund von Verunreinigungen in dem Filament.

HF-Sputtern

In den 1960er Jahren wurde Hochfrequenz-Glimmentladung verwendet, um Dünnfilme aus beliebigem Material von Leitern bis zu Isolatoren herzustellen, was ein weit verbreitetes Sputterverfahren war. Hochfrequenz bezieht sich auf die Frequenz innerhalb des Übertragungsbereichs von Funkwellen. Beim HF-Sputtern wird eine Hochfrequenz-Stromversorgung an die Targetkathode angeschlossen. Um Interferenzen mit dem Betrieb des Radiosenders zu vermeiden, ist die dedizierte Frequenz für das Sputtern auf 13,56 MHz eingestellt. Unter Einwirkung von Hochfrequenzimpulsen werden Elektronen dazu gebracht, längere Strecken zurückzulegen

Die Trennungsbewegung verursacht mehr Kollisionen mit Gasatomen. Auf diese Weise kann das Gas vollständiger ionisiert werden, wodurch der Sputtereffekt verbessert wird. Unter der Wirkung eines elektrischen Wechselfeldes von einer Hochfrequenzenergiequelle oszillieren Elektronen in dem Gas und ionisieren das Gas zu Plasma. Der Nachteil des HF-Sputterns besteht darin, dass Hochleistungs-HF-Stromversorgungen nicht nur teuer sind, sondern auch ein Problem für den Personenschutz darstellen. Daher ist HF-Sputtern für industrielle Produktionsanwendungen nicht geeignet.

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