Sputterointipinnoitustekniikka

1, Sputter-pinnoitteen ominaisuudet
Verrattuna perinteiseen tyhjiöhöyrystyspinnoitteeseen, sputterointipinnoitteella on seuraavat ominaisuudet:
(1) Mitä tahansa ainetta voidaan sputteroida, erityisesti korkean sulamispisteen ja matalan höyrynpaineen omaavia alkuaineita ja yhdisteitä. Kohdemateriaalina voidaan käyttää rakeista materiaalia, kunhan se on kiinteää, olipa kyseessä sitten metalli, puolijohde, eriste, yhdiste ja seos jne., olipa kyseessä sitten lohko. Koska eristemateriaalien ja seosten, kuten oksidien, sputteroinnissa tapahtuu vain vähän hajoamista ja fraktioitumista, niitä voidaan käyttää ohutkalvojen ja seoskalvojen valmistukseen, joilla on kohdemateriaalin kaltaiset tasaiset komponentit, ja jopa monimutkaisten koostumusten suprajohtavien kalvojen valmistukseen. Lisäksi reaktiivista sputterointimenetelmää voidaan käyttää myös kohdemateriaalista täysin erilaisten yhdisteiden, kuten oksidien, nitridejen, karbidien ja silisidien, kalvojen valmistukseen.
(2) Hyvä tarttuvuus sputteroidun kalvon ja substraatin välillä. Koska sputteroitujen atomien energia on 1–2 kertaluokkaa suurempi kuin haihtuneiden atomien, substraatille kerrostuneiden korkeaenergisten hiukkasten energianmuunnos tuottaa suurempaa lämpöenergiaa, mikä parantaa sputteroitujen atomien tarttumista substraattiin. Osa sputteroiduista korkeaenergisistä atomeista ruiskutetaan vaihtelevassa määrin, jolloin substraatille muodostuu niin sanottu pseudodiffuusiokerros, jossa sputteroidut atomit ja substraattimateriaalin atomit "sekoittuvat" toisiinsa. Lisäksi sputteroitujen hiukkasten pommituksen aikana substraatti puhdistetaan ja aktivoituu jatkuvasti plasmavyöhykkeellä, mikä poistaa huonosti kiinnittyneet saostuneet atomit, puhdistaa ja aktivoi substraatin pinnan. Tämän seurauksena sputteroidun kalvokerroksen tarttuvuus substraattiin paranee huomattavasti.
(3) Ruiskutuspinnoitteen tiheys on korkea, reiät ovat vähäisemmät ja kalvokerros on puhtaampi, koska upokkaan kontaminaatiota ei tapahdu, mikä on väistämätöntä tyhjiöhöyrypinnoituksessa ruiskutuspinnoitusprosessin aikana.
(4) Kalvonpaksuuden hyvä hallittavuus ja toistettavuus. Koska purkausvirtaa ja kohdevirtaa voidaan säätää erikseen sputterointipinnoituksen aikana, kalvonpaksuutta voidaan säätää ohjaamalla kohdevirtaa. Näin ollen kalvonpaksuuden hallittavuus ja kalvonpaksuuden toistettavuus sputterointipinnoituksen useilla sputterointikerroilla ovat hyviä, ja ennalta määrätyn paksuinen kalvo voidaan pinnoittaa tehokkaasti. Lisäksi sputterointipinnoituksella voidaan saavuttaa tasainen kalvonpaksuus laajalla alueella. Yleisessä sputterointitekniikassa (pääasiassa dipolisputterointi) laitteet ovat kuitenkin monimutkaisia ​​ja vaativat korkeapainelaitteita; sputterointipinnoituksen kalvonmuodostusnopeus on alhainen, tyhjiöhöyrystyspinnoitusnopeus on 0,1–5 nm/min, kun taas sputterointinopeus on 0,01–0,5 nm/min; substraatin lämpötilan nousu on korkea ja altis epäpuhtauskaasuille jne. RF-sputterointi- ja magnetronisputterointitekniikan kehityksen ansiosta on kuitenkin saavutettu suurta edistystä nopean sputterointipinnoituksen saavuttamisessa ja substraatin lämpötilan alentamisessa. Lisäksi viime vuosina on tutkittu uusia sputterointimenetelmiä – jotka perustuvat tasomaiseen magnetronisputterointiin – sputterointi-ilmanpaineen minimoimiseksi nollapainesputterointiin asti, jossa imukaasun paine sputteroinnin aikana on nolla.