Hoe werkt een magnetron sputtercoatingmachine om dunne films op substraten te storten?

Het magnetronsputterproces begint in een vacuümkamer, waar een hoge spanning wordt aangebracht tussen een doelmateriaal en de kamerwand. De kamer is gevuld met een inerte gas, meestal argon, dat wordt gebruikt omdat deze chemisch inert is en niet reageert met het doel of het substraat. De hoge spanning ioniseert het gas, waardoor een plasma ontstaat. Plasma bestaat uit positief geladen ionen, vrije elektronen en neutrale gasdeeltjes. Het plasma dient als het medium waardoor ionen worden versneld naar het doelmateriaal en het sputterproces initiëren.

Zodra het plasma is vastgesteld, worden de ionen in het plasma versneld naar het doelmateriaal. Het doelwit is meestal een metaal, legering of keramiek, gekozen op basis van de gewenste eigenschappen van de dunne film die moet worden afgezet. Wanneer de energierijke plasma-ionen botsen met het doelmateriaal, losmaken ze atomen uit het oppervlak van het doelwit door een proces dat sputteren wordt genoemd. Deze uitgeworpen atomen zijn het materiaal dat de dunne film op het substraat zal vormen. Het sputterproces is sterk gecontroleerd en zorgt ervoor dat alleen atomen van het doelwit worden uitgeworpen.

Het onderscheidende kenmerk van magnetronsputteren is het gebruik van een magnetisch veld dat achter het doelmateriaal wordt geplaatst. Het magnetische veld verbetert de efficiëntie van het sputterproces aanzienlijk. Het valt elektronen in de buurt van het doeloppervlak, verhoogt de dichtheid van het plasma en bevordert verdere ionisatie van het inerte gas. Deze verbetering leidt tot een hoger percentage ionenbombardement op het doelwit, waardoor de sputterefficiëntie en de afzettingssnelheid wordt verbeterd. Het geïntensiveerde plasma draagt ​​ook bij aan een betere filmkwaliteit, omdat het resulteert in een meer consistent en gecontroleerd sputterproces, waardoor problemen zoals doelvergiftiging of materiële onzuiverheden worden geminimaliseerd.

De atomen die worden uitgeworpen uit het doelmateriaal reizen door het plasma en landen uiteindelijk op het substraat, dat tegenover het doel in de vacuümkamer wordt geplaatst. Het substraat kan elk materiaal zijn dat een dunne coating vereist, inclusief glas, metaal of plastic. Terwijl de gesputterde atomen het substraat bereiken, beginnen ze te condenseren en zich aan het oppervlak te hechten, waardoor een dunne filmlaag wordt gevormd. De eigenschappen van de film, zoals dikte, hechtingssterkte en uniformiteit, zijn afhankelijk van factoren zoals de afzettingstijd, stroom geleverd aan het doelwit en de vacuümomstandigheden in de kamer.

Naarmate de atomen zich ophopen op het substraat, beginnen ze zich te binden aan het oppervlak, waardoor een solide film ontstaat. De film groeit atoom door atoom, en de kenmerken ervan kunnen worden beïnvloed door de depositieparameters, zoals de druk van het gas in de kamer, de temperatuur van het substraat en het vermogen dat op het doel is toegepast. Magnetron sputteren is vooral de voorkeur voor het produceren van films met hoge uniformiteit, gladheid en lage defectsnelheden. De kwaliteit van de film kan worden aangepast voor specifieke toepassingen, zoals het bereiken van hoge hardheid, optische transparantie of elektrische geleidbaarheid.

Magnetron sputtercoatingmachine