Verschiedene Arten der Metallabscheidung

Nanostrukturierte Dünnschichten haben dazu beigetragen, die Grenzen der modernen Elektronik und Technologie zu verschieben. Sie bilden einen der Eckpfeiler von Schlüsselgeräten in praktisch jedem denkbaren Markt, von der Unterhaltungselektronik bis zur hochauflösenden Mikroskopie.

Alle diese unterschiedlichen Anwendungsbereiche sind durch den Bedarf an absoluter Präzision in kleinstmöglichem Maßstab miteinander verbunden. Metallische Dünnschichten können eine Dicke von wenigen Mikrometern (μm) bis hinunter zu Bruchteilen von Nanometern (nm) aufweisen, was die Erzielung einer einheitlichen Morphologie und einer hohen Stabilität besonders wichtig macht. Die kritischen Qualitätsparameter für dünne Schichten hängen hauptsächlich von der Technik der Metallabscheidung ab.

Was ist Metallabscheidung?

Unter Metallabscheidung versteht man jedes Verfahren, bei dem ein metallisches Ausgangsmaterial in einem Lösungsmittel gelöst oder unter Vakuumbedingungen verdampft und dann auf einem Zielsubstrat abgeschieden wird. Wir wollen hier kurz auf einige der verschiedenen Arten der Metallabscheidung eingehen, werden uns aber nicht auf die Abscheidung mittels wässriger Lösungen konzentrieren, da das Vakuumverfahren weitgehend bevorzugt wird.

Verdampfungsmethoden zur Metallabscheidung finden im Hoch- oder Ultrahochvakuum (HV/UHV) statt, um den Molekülen in der Dampfphase einen freien mittleren Weg zum Ziel zu bieten. Verunreinigende Gase in der Vakuumumgebung können zu Molekülkollisionen beitragen, die die Prozesseffizienz beeinträchtigen und die Planarität der Dünnschicht beeinträchtigen.

Bevor das Dünnschichtmaterial jedoch in die gasförmige Umgebung gelangt, muss es zunächst durch die Wärmequelle verdampft werden. Viele Metallabscheidungsmethoden unterscheiden sich durch die Technologie, die zur Ablation des Ausgangsmaterials verwendet wird. Werfen wir einen Blick auf einige davon.

Chemische Gasphasenabscheidung (CVD)

Chemische Methoden der Metallabscheidung sind nicht zu verwechseln mit chemischen Wasserdampf Abscheidung (CVD). Erstere ist eine Art der wässrigen Abscheidung, während letztere eine der bisher am häufigsten angewandten Formen der Vakuumtechnik ist. Bei der CVD-Beschichtung werden dünne Schichten gebildet, indem chemische Reaktionen an der Zielanode durch Erhitzen des Substrats unter einem Strom von Reaktionsgasen ausgelöst werden. Dieses Verfahren wird häufig für die Abscheidung von Molybdän-, Tantal- und Titanmetallen verwendet.

Molekularstrahlepitaxie (MBE)

Eine der fortschrittlichsten Formen der thermischen Metallabscheidung ist die Molekularstrahlepitaxie (MBE), ein vergleichsweise langsames Verfahren zur Bildung epitaktischer Dünnschichten durch die allmähliche Sublimation von Ausgangsmetallen wie Gallium - einem wichtigen Zwischenprodukt bei der Halbleiterherstellung. Im Gegensatz zu vielen anderen Formen der Metallabscheidung zeichnet sich die MBE nicht durch die Technologie aus, mit der die Ausgangsstoffe verdampft werden, sondern durch ihre unglaublich langsame Abscheidungsrate.

Physikalische Abscheidung aus der Gasphase mit Elektronenstrahlen (EBPVD)

Viele Verfahren zur Metallabscheidung nutzen Elektronenstrahlen zum Schmelzen und/oder Sublimieren von Zielanoden, da sie relativ leicht erzeugt und auf hohe kinetische Energien beschleunigt werden können. Die physikalische Abscheidung aus der Gasphase mit Elektronenstrahlen (EBPVD) ist vielleicht das einfachste Verfahren, da es alle oben beschriebenen Grundprinzipien nutzt.

Kurz gesagt: Eine Zielanode wird mit einer hohen Energiequelle beschossen, wodurch Moleküle aus der Gasphase herausgeschleudert werden, die in direkter Sichtlinie zu einer Zielanode wandern, wo sie sich niederschlagen und eine gleichmäßige Beschichtung bilden.

Metallabscheidung mit Platypus Technologies

Es gibt zahlreiche andere Methoden zur Metallabscheidung und Verdampfung. Einige dieser Verfahren, wie die Atomlagenabscheidung (ALD), erfordern Vakuumbedingungen. Bei anderen, wie der Laser-Metallabscheidung (LMD), ist dies nicht der Fall. Bei Platypus Tech setzen wir auf E-Beam-Verdampfung und hochreine Vakuumbedingungen, um maßgeschneiderte Dünnschichten nach Kundenspezifikationen herzustellen.

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