Was ist das Verfahren zur Abscheidung dünner Metallschichten?

Wie die Dünnschichtabscheidung funktioniert - Vorteile und Anwendungen

Die Abscheidung dünner Metallschichten ist ein einzigartiges Herstellungsverfahren, das häufig bei der Herstellung von Halbleitern, Biosensoren und anderen spezialisierten Photolithographie-Anwendungen eingesetzt wird.

Das Verfahren umfasst die sorgfältige Ablagerung von dünnen Metallische Beschichtung auf ein Substrat aufzubringen, um bestimmte Materialeigenschaften zu erzielen. So werden beispielsweise speziell entwickelte Dünnschichtbeschichtungen in den Bereichen Optik und Bildgebung eingesetzt, um die optischen Eigenschaften von Glas zu verändern. In fortschrittlicheren biomedizinischen und Halbleiteranwendungen wird die Dünnschichtabscheidung eingesetzt, um spezifische molekulare Eigenschaften im leitenden Material zu erzeugen, was den Weg für eine hochgradig anpassbare Chipfertigung ebnet.

Ein Überblick über die Verfahren zur Abscheidung dünner Metallschichten

Im Allgemeinen werden die Verfahren zur Abscheidung dünner Schichten in zwei übergreifende Kategorien eingeteilt, die auf den speziellen Herstellungsmethoden basieren.

Chemische Dünnschichtabscheidung

Beim chemischen Abscheideverfahren wird eine flüchtige chemische Flüssigkeit als Vorläufer verwendet, um die Substratoberfläche auf molekularer Ebene chemisch zu verändern.

Einzigartige Kombinationen von Vorläuferchemikalien und Substraten werden eingesetzt, um bestimmte leistungssteigernde Materialeigenschaften zu erzielen. Das vielleicht bemerkenswerteste Beispiel ist das Verfahren der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD), das zur Herstellung hochspezialisierter fester Dünnschichten und Beschichtungen für modernste Anwendungen in der Halbleiterfertigung eingesetzt wird.

Physikalische Dünnschichtabscheidung aus der Gasphase

Das andere in der Industrie übliche Verfahren zur Abscheidung dünner Metallschichten ist die physikalische Gasphasenabscheidung (PVD). Bei diesem Herstellungsverfahren wird das Vorläufermaterial durch thermodynamische oder elektromechanische Prozesse angeregt. Durch die sorgfältig kontrollierte Anregung wird das Material gezwungen, bestimmte Moleküle als Dampf freizusetzen, der dann auf dem Substrat abgeschieden wird. 

Zwei der am weitesten verbreiteten Formen der physikalischen Gasphasenabscheidung sind die thermische Vakuumverdampfung und die Sputtering-Beschichtung. Eine andere spezielle Art der physikalischen Gasphasenabscheidung, die bei Platypus Technologies eingesetzt wird, ist die Elektronenstrahlabscheidung.

Thermische Vakuumverdampfung

Die thermische Vakuumverdampfung und -abscheidung ist ein Herstellungsverfahren, bei dem das Ausgangsmaterial thermisch angeregt und verdampft wird. Die Dampfmoleküle verbinden sich durch molekulare Potenzialunterschiede mit dem Substratmaterial, was zu zuverlässigen und konsistenten Abscheidungsergebnissen führt.

Sputter-Deposition

Bei der Sputterbeschichtung wird das Ausgangsmaterial durch Elektronenstäubung angeregt und ausgestoßen. Das Vorläufermaterial wird in einem Sputtergas, in der Regel Argon, einer hohen elektrischen Spannung ausgesetzt. Die elektrische Anregung führt dazu, dass Ionen ausgestoßen werden und durch das Sputtergas wandern, um das Substrat energetisch zu beeinflussen.

Magnetronsputternde Abscheidung

Das in der modernen Fertigungsindustrie am häufigsten verwendete Sputterverfahren ist das Magnetronsputtern. Wie der Name schon sagt, wird bei diesem Verfahren ein Magnetron verwendet, um extrem starke elektrische Ströme in der Nähe des Targetsubstrats zu erzeugen, um die Abscheidung von Sputter-Ionen zu erleichtern.

Elektronenstrahlabscheidung - E-Beam-Verdampfung

Die Elektronenstrahlabscheidung, manchmal auch als E-Beam-Verdampfung bezeichnet, ist eine einzigartige Methode zur Einleitung des physikalischen Aufdampfprozesses. Bei diesem Verfahren wird ein geladenes Wolframelement verwendet, um in einer Hochvakuumumgebung Ionen aus einem Ausgangsmaterial zu erzeugen. Im Wesentlichen wird das Ausgangsmaterial in einen gasförmigen Zustand überführt und verdampft.

Die geladenen Ionen oder Elektronenstrahlen beschießen daraufhin das in der Vakuumkammer befindliche Substratmaterial. Nach Abschluss des Prozesses erstarrt das zuvor gasförmige Ausgangsmaterial zu einer dünnen Metallschicht auf der Substratoberfläche.

Anwendungen für die Abscheidung dünner Metallschichten

Die Abscheidung dünner Metallschichten ist ein wichtiger Herstellungsprozess, der in einer Vielzahl von Verbraucher-, kommerziellen, medizinischen und industriellen Anwendungen eingesetzt wird. Einige gängige Beispiele sind:

• Herstellung von Halbleitern.
• Faseroptische Systeme.
• Industrielle Lasersysteme.
• Medizinische Elektronik und biomedizinische Geräte.
• Fortschrittliche optische und bildgebende Anwendungen.
• Ein breites Spektrum an Unterhaltungs-, Gewerbe- und Industrieelektronik.

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