Vakuum pvd sputtern

Verschiedene Arten der Vakuum-PVD-Sputterbeschichtung

Physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) Sputtern bezeichnet ein Verfahren, bei dem eine Metallschicht (oder ein Target) unter Verwendung von Vakuumbeschichtung auf ein Substrat (z. B. Glas, Kunststoff oder Metall) aufgebracht wird. Dies wird in der Regel durch die Beschussung des Targets mit energiereichen Ionen erreicht, was zur Ablösung von Metallatomen vom Target führt. Diese Metallatome werden dann durch das Vakuum zum Substrat transportiert, wo sie haften und einen dünnen Film bilden. Es gibt verschiedene Verfahren, um diesen Effekt zu erzielen, die alle als Vakuum-PVD-Sputtern klassifiziert werden.

• Magnetronsputtern: Eine der am häufigsten verwendeten PVD-Sputtertechniken, das Magnetronsputtern, verwendet Magnetfelder, um Ionen und Elektronen in der Nähe der Target-Oberfläche einzufangen. Dies erhöht die Effizienz des Sputterprozesses, indem es eine größere Anzahl von Ionenkollisionen fördert, was zur Ablösung von mehr Metallatomen führt. Das Substrat wird typischerweise parallel zum Target in einer Vakuumkammer platziert, die ein Inertgas (üblicherweise Argon) enthält. Das elektrische Feld regt das Gas an, ionisiert es und bildet ein Plasma; die Ionen bewegen sich dann zum Target. Wenn das Target beschossen wird, werden Atome herausgeschleudert und bewegen sich zum Substrat, das eine negative Spannung aufweist und die verdampften Atome anzieht, die sich dann auf seiner Oberfläche kondensieren.
• Reaktive Ionenätzung (RIE): RIE ist ein PVD-Verfahren, das physikalisches Sputtern und chemische Reaktionen kombiniert, um dünne Filme abzuscheiden. Das Verfahren beinhaltet die Einführung eines reaktiven Gases (wie Sauerstoff) in die Vakuumkammer zusammen mit dem Inertgas (wie Argon), um ein Plasma zu erzeugen. Die Ionenbeschussung löst dann chemische Reaktionen zwischen dem Targetmaterial und dem reaktiven Gas aus, wobei flüchtige Nebenprodukte gebildet werden, die Ätzungen des Substratmaterials darstellen.
• Pulsed Laser Deposition (PLD): PLD ist eine PVD-Sputtertechnik, die einen fokussierten Laserpuls verwendet, um ein Targetmaterial zu verdampfen und auf einem Substrat abzuscheiden. Dieser Prozess beginnt mit einem Laser, der auf das Targetmaterial gerichtet wird, wodurch es sich schnell erhitzt und verdampft. Der Dampf dehnt sich dann in die Atmosphäre aus, wo er abkühlt und sich als dünner Film auf einem Substrat kondensiert.
• Lichtbogenabscheidung: Lichtbogenabscheidung ist ein Verfahren der physikalischen Gasphasenabscheidung zur Abscheidung dünner Schichten aus Material unter Verwendung eines elektrischen Lichtbogens als Dampfquelle. Ein elektrischer Lichtbogen ist eine kontinuierliche Entladung von Elektrizität durch ein Gas oder Luft. Dies erzeugt ein Plasma, das aus hochenergetischen Ionen und Elektronen besteht, die dann ein Targetmaterial erhitzen, bis es schmilzt oder verdampft. Der Dampf kondensiert auf der Oberfläche eines Substrats als dünner Film.

Spezifikationen und Wartung der Vakuum-PVD-Sputterbeschichtung

Spezifikationen

• Größe der Vakuumkammer: Das Volumen der Sputter-Vakuumkammer wird in der Regel in Litern oder Kubikfuß angegeben. Die Größe wird auch nach der Anzahl und Größe der zu beschichtenden Werkstücke bestimmt. Bei kleinen bis mittelgroßen PVD-Sputtersystemen liegt die Kammergröße in der Regel zwischen 10 und 50 Kubikfuß. Große industrielle Systeme können ein Kammervolumen von mehreren hundert Kubikfuß haben.
• Sputter-Targetmaterial und -größe: Die Vakuum-PVD-Sputterbeschichtung kann verschiedene Targetmaterialien verwenden, die für unterschiedliche Beschichtungszwecke geeignet sind. Beispielsweise Metalle wie Titan, Zirkon, Nickel, Kupfer usw. Unter normalen Umständen muss das für die PVD-Beschichtung verwendete Targetmaterial relevant für das Substratmaterial sein, das beschichtet werden muss. Die Größe des Sputtertargets beeinflusst die Beschichtungsfläche und die Beschichtungsrate. Übliche Targets sind in der Regel kreisförmig und haben einen Durchmesser von 2 bis 6 Zoll. Sie sind in verschiedenen Dicken erhältlich, je nach Bedarf.
• Sputter-Netzteil: Auch der Typ, die Leistung und die Spannung des PVD-Netzteils, das in der Vakuumkammer verwendet wird, sind Spezifikationen. Reaktive DC-Netzteile und HF-Netzteile werden häufig verwendet. Ihre Spannung und andere Parameter werden entsprechend dem Targetmaterial und den Beschichtungsanforderungen gewählt.
• Pumpen: Die Vakuum-PVD-Sputterbeschichtung kombiniert in der Regel verschiedene Pumpentypen zu einem Vakuumsystem. Dies ermöglicht es, innerhalb kurzer Zeit das gewünschte Vakuumniveau zu erreichen. So können die Spezifikationen einer Turbomolekularpumpe etwa 1000 Liter/Sekunde betragen.
• Steuerungssystem: Das Steuerungssystem einer PVD-Vakuum-Sputtermaschine umfasst Hardware, einen Touchscreen, eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) usw. Die Spezifikationen für die Steuerung und die Konfiguration der Mensch-Maschine-Schnittstelle können je nach Benutzeranforderungen ausgewählt werden.
• Sonstiges: Neben den oben genannten Punkten gibt es noch einige weitere Spezifikationen für eine PVD-Vakuum-Sputtermaschine, z. B. die Materialien, die für die Vakuumkammer verwendet werden (wie Edelstahl oder Aluminium), die Kühlmethode (luftgekühlt oder wassergekühlt), das Gewicht und die Abmessungen der Maschine usw., die vom jeweiligen Modell abhängen.

Wartung

• Regelmäßige Reinigung: Es ist notwendig, die Innen- und Außenflächen der Vakuumkammer und der Bauteile regelmäßig zu reinigen. Entfernen Sie alle Rückstände, Staub oder Schmutz, die sich während des Betriebs angesammelt haben, um sicherzustellen, dass das Gerät eine saubere Umgebung beibehält. Benutzer sollten immer darauf achten, den Lufteinlass und die Abluftfilter zu reinigen, was dazu beiträgt, zu verhindern, dass Fremdstoffe in das System gelangen.
• Vakuum prüfen und warten: Überprüfen Sie regelmäßig die Vakuummessgeräte und stellen Sie sicher, dass der Vakuumdruck stabil ist. Wenn ein Vakuumleck auftritt, sollten Benutzer die Ursache finden und es sofort beheben. Darüber hinaus sollten Benutzer die Dichtungselemente, wie z. B. Dichtungsringe oder Dichtungen, regelmäßig überprüfen und austauschen, um Leckagen zu vermeiden.
• Mechanische Teile überprüfen: Überprüfen Sie regelmäßig die mechanischen Teile des Geräts, wie z. B. die Lager, Führungsschienen und Dichtungsmechanismen. Benutzer sollten die beweglichen Teile gemäß den Bedienungsanleitungen schmieren, um einen reibungslosen und zuverlässigen Betrieb des Geräts zu gewährleisten.
• Wartung von Target und Kathode: Der Wartungsprozess für das Sputter-Target und die Kathode umfasst die regelmäßige Überprüfung der Restmenge und der Oberflächenbedingungen der Targetmaterialien. Benutzer sollten diese rechtzeitig austauschen oder nachfüllen, je nach ihren Beschichtungsbedürfnissen.
• Routineinspektion: Überprüfen Sie regelmäßig wichtige Komponenten und Geräte der Vakuum-Sputtermaschine. Dazu gehören Vakuumpumpen, Elektronenkanonen, Feuchtigkeitssensoren, Drucksensoren, Motoren usw. Überprüfen Sie auf Verstopfungen, Beschädigungen oder ungewöhnliche Zustände und reparieren oder ersetzen Sie die Teile nach Bedarf.
• Umweltpflege: Steuern Sie die Temperatur und Luftfeuchtigkeit des Geräte Raums. Stellen Sie sicher, dass das Vakuum-Sputtergerät von Wasserquellen und korrosiven Chemikalien ferngehalten wird. Dies trägt dazu bei, das Vakuum-Sputtergerät vor Schäden an seinen elektronischen und Vakuumsystemen zu schützen, die durch eine ungleichmäßige Umgebung verursacht werden.

Anwendungen der Vakuum-PVD-Sputterbeschichtung

Die Vakuum-PVD-Sputterbeschichtung ist eine Schlüsseltechnologie mit breiten Anwendungen in den Bereichen Elektronik, Optik, Solarenergie, Architektur, Dekoration, Werkzeugbau und vielen anderen Industrien.

• Beschichtung von elektronischen Bauteilen: Die Vakuum-PVD-Sputterbeschichtung wird häufig für die Beschichtung verschiedener elektronischer Bauteile verwendet. So müssen beispielsweise bei der Herstellung von Kondensatoren und Widerständen die inneren Elektroden und andere Teile für eine bessere Leitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit beschichtet werden. Die präzise Steuerung der PVD-Technologie im Mikrometerbereich macht sie besser geeignet für die Beschichtung winziger Strukturen.
• Optische Beschichtung: Die Sputterabscheidung kann zur Herstellung von Mehrschichtfilmen oder Verbundfilmen verwendet werden, wie z. B. Antireflexionsfilme, Reflexionsfilme, Strahlteilerfilme und optische Filterfilme für optische Komponenten, Präzisionsoptik und mikroelektronische Geräte. Durch die Abscheidung dünner Metall- oder Oxidschichten auf die Oberfläche von optischem Glas mit Hilfe des Magnetronsputterns können wir Brillengläser, Kameras Objektivfilter und andere Produkte mit unterschiedlichen optischen Effekten erzielen.
• Hartbeschichtung von Werkzeugen: Die Sputterabscheidung wird auch häufig bei der Beschichtung von Werkzeugen und Formen verwendet. Materialien wie TiN, TiC, ZrCN usw. werden auf die Oberflächen von Schneidwerkzeugen, Fräsern, Bohrw Werkzeugen, Stanzwerkzeugen usw. gesputtert, um die Härte des Werkzeugs, die Abriebfestigkeit und die Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen und so die Lebensdauer zu verlängern. Mit PVD beschichtete Werkzeuge sind haltbarer und können raueren Arbeitsbedingungen standhalten.
• Dekorative Beschichtung: Mit der kontinuierlichen Entwicklung der Sputtertechnologie wurde das Sputtern nicht nur im Bereich der Funktionalität, sondern auch im Bereich der Dekoration eingesetzt. Die Ionen-Sputterabscheidung kann zur Herstellung dekorativer Beschichtungen für verschiedene Substrate verwendet werden, z. B. Metalle, Kunststoffe, Keramiken und Glas. Diese Beschichtungen sind nicht nur farbig, sondern zeichnen sich auch durch eine hohe Haltbarkeit und chemische Beständigkeit aus.
• Dünnfilmtransistoren (TFTs) in Flachbildschirmen: Die Gate-, Source- und Drain-Elektroden und andere Teile von Dünnfilmtransistoren (TFTs) in Flachbildschirmen werden durch die Sputterabscheidung von Metallen wie Indium, Gallium, Zink, Molybdän usw. für die Strukturierung hergestellt. Die Sputterabscheidung wird auch zur Herstellung transparenter, leitfähiger Filme wie ITO (zinndotiertes Indiumoxid) oder AZO (Aluminium-Zinkoxid) verwendet.
• Solarzellen: Die PVD-Sputterabscheidung ist ein Schlüsselprozess bei der Herstellung der Elektrodenfilme verschiedener Arten von Solarzellen, wie z. B. Dünnschicht-Solarzellen auf Basis von Cadmiumtellurid (CdTe) und Kupfer-Indium-Gallium-Selenid (CIGS) sowie Perovskit-Solarzellen.
• Halbleiterbauelemente: Die Sputterabscheidung wird häufig bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen verwendet. So werden beispielsweise Materialien wie Ti, Co, Ni usw. gesputtert, um ohmsche Kontakte und Gate-Elektroden zu bilden. Darüber hinaus werden Metallschichten wie Al und Cu für Verbindungsleitungen und Barriereschichten gesputtert.
• Magnetische Speichermedien: Die Schreib-/Leseköpfe, Magnetfilme und andere Teile von magnetischen Speichermedien wie Festplatten oder Magnetbänder werden durch das Sputtern verschiedener Metalle hergestellt.
• Integrationen und mikroelektronische Bauelemente: Die Magnetronsputterabscheidung wird in der Integration und Herstellung mikroelektronischer Bauelemente eingesetzt. So werden z. B. Intermetallics, Isolationsschichten (z. B. Siliziumdioxid, Siliziumnitrid usw.) und Halbleiterschichten hergestellt. Darüber hinaus werden die Elektroden, Verbindungsleitungen und Diffusionsbarrieren verschiedener integrierter Schaltungen und mikroelektronischer Bauelemente auch durch Sputterabscheidung hergestellt.

So wählen Sie die Vakuum-PVD-Sputterbeschichtung aus

Bei der Auswahl einer PVD-Sputtermaschine müssen vor der Entscheidungsfindung mehrere wichtige Faktoren berücksichtigt werden. Dazu gehören die beabsichtigte Anwendung, das zu beschichtende Material, die vorhandenen Vakuumsysteme für die Kompatibilität, die gewünschten Beschichtungseigenschaften, das Produktionsvolumen, die verfügbare Stellfläche, die Budgetbeschränkungen und der Kundendienst des Gerätelieferanten.

• Anwendungen: Die Kenntnis der beabsichtigten Anwendung für die PVD-Sputterbeschichtung hilft bei der Auswahl des am besten geeigneten Geräts aus den vielen verfügbaren Optionen. Wenn es beispielsweise darum geht, die dekorative Qualität und den Oberflächengang eines Produkts zu verbessern, sollte eine PVD-Vakuum-Sputtermaschine für Dekorationszwecke gewählt werden. Betrachten Sie jedoch einen Fall, in dem eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften eines Produkts erforderlich ist, wie z. B. eine höhere Abriebfestigkeit und eine verbesserte Härte. In diesem Fall sollte eine funktionsfähige Maschine bevorzugt werden.
• Materialverträglichkeit: Nicht alle PVD-Sputtergeräte können jedes Targetmaterial verarbeiten. Es ist wichtig zu beachten, dass für unterschiedliche Anwendungen verschiedene Targetmaterialien verwendet werden. So werden beispielsweise metallische Targets wie Titan, Zirkon, Aluminium und Chrom typischerweise bei dekorativen Beschichtungen eingesetzt. Kohlenstoffe, Nitride, Oxide und andere Nichtmetalle werden häufig bei funktionalen Beschichtungen verwendet. Die Auswahl der geeigneten PVD-Maschine für das Targetmaterial ist entscheidend, um die gewünschten Beschichtungseigenschaften zu erzielen.
• Kompatibilität mit dem Vakuumsystem: Viele Unternehmen verfügen bereits über ein Vakuumsystem. Daher ist es wichtig zu berücksichtigen, wie gut die neue PVD-Maschine mit dem bestehenden Vakuumsystem zusammenarbeitet. So wird sichergestellt, dass die zusätzlichen Kosten für die Installation oder Modifikation der aktuellen Vakuumeinrichtung minimal sind und die Effizienz maximiert wird.
• Beschichtungseigenschaften: Verschiedene PVD-Maschinen können unterschiedliche Eigenschaften von Beschichtungen erzeugen. Diese reichen von der Haftfestigkeit der Schichten bis zu ihrer Dicke, Homogenität, Dichte, Reinheit, Morphologie und anderen Faktoren. Die Wahl der Beschichtungseigenschaften wird durch die Spezifikationen des Substratmaterials und den Verwendungszweck bestimmt, daher ist es wichtig, die PVD-Maschine zu wählen, die die geforderten Beschichtungseigenschaften erreichen kann.
• Produktionsvolumen: Die Anzahl der Artikel, die täglich oder wöchentlich beschichtet werden müssen, beeinflusst die Größe und die Fähigkeiten der benötigten PVD-Maschine. Ein Kleinbetrieb benötigt möglicherweise nur eine Maschine, die einige Artikel gleichzeitig verarbeiten kann, während eine größere Produktionslinie eine robustere Maschine benötigt, die große Mengen effizient verarbeiten kann.
• Verfügbarer Platz: Auch die Größe des physischen Raums, in dem die PVD-Maschine aufgestellt werden soll, muss berücksichtigt werden. Dazu gehört die Ermittlung, welche Einrichtungen die Beschichtungsmaschine benötigt, z. B. Strom-, Wasser- und Luftversorgung, sowie die erforderlichen manuellen oder automatischen Handhabungssysteme, um Artikel in die Beschichtungskammer und aus ihr zu transportieren.
• Budget: Der Betrag, der für den Kauf einer PVD-Maschine zur Verfügung steht, schränkt natürlich die Auswahlmöglichkeiten ein. Es ist wichtig, das Budget einzuhalten, aber es muss trotzdem möglich sein, die Beschichtungsbedürfnisse des Artikels zu erfüllen.
• Kundendienst: Es ist auch wichtig, über den Erstkauf hinaus zu schauen und den Umfang der Unterstützung zu berücksichtigen, der nach dem Verkauf zur Verfügung steht. Dazu gehören die Verfügbarkeit von Ersatz-/optionalen Sputtertargets, PVD-Beschichtungsteilen, Reparaturservices und jegliche technische Unterstützung, die in Zukunft benötigt werden könnte.

FAQ

F1: Welche Materialien können mit der Vakuum-PVD-Sputterbeschichtung verwendet werden?

A1: Es gibt eine Vielzahl von Materialien, die mit der Vakuum-PVD-Sputterbeschichtung kompatibel sind. Dazu gehören Metalle wie Edelstahl, Aluminium und Kupfer sowie Keramiken, Glas und Polymere.

F2: Kann die Vakuum-PVD-Sputterbeschichtung auf jede Form und Größe angewendet werden?

A2: Im Allgemeinen ist die Vakuum-PVD-Sputterbeschichtung am besten für ebene Flächen und Objekte mit kleinerer Größe geeignet. Es ist jedoch möglich, komplexe Geometrien und größere Objekte zu beschichten, vorausgesetzt, das Vakuumvolumen reicht aus, um die gesputterten Teilchen gleichmäßig zu verteilen.

F3: Ist die Beschichtungsdicke über die gesamte Oberfläche gleichmäßig?

A3: Einer der Hauptvorteile der Vakuum-PVD-Sputterbeschichtung ist, dass sie Beschichtungen mit gleichmäßiger Dicke auf großen Flächen abscheiden kann. Vorausgesetzt, dass das Targetmaterial homogen ist und die Sputterparameter richtig gesteuert werden, wird die Beschichtung über die gesamte Dicke eine einheitliche Dicke aufweisen.

F4: Beeinflusst die Vakuum-PVD-Sputterbeschichtung die Oberflächentopographie?

A4: Die Vakuum-PVD-Sputterbeschichtung erzeugt Beschichtungen, die die Oberflächentopographie verändern können. Dies gilt insbesondere bei der Verwendung von Hartbeschichtungen zum Schutz oder bei der Herstellung von Mehrschichtbeschichtungen aus verschiedenen Materialien.