Sputtercoatingtechnologie

1. Kenmerken van sputtercoating
Vergeleken met conventionele vacuümverdampingscoating heeft sputtercoating de volgende kenmerken:
(1) Elke stof kan worden gesputterd, vooral elementen en verbindingen met een hoog smeltpunt en een lage dampdruk. Zolang het een vaste stof is, of het nu een metaal, halfgeleider, isolator, verbinding of mengsel is, enz., of het nu een blok of korrelig materiaal is, kan het als doelmateriaal worden gebruikt. Omdat er weinig ontleding en fractionering optreedt bij het sputteren van isolerende materialen en legeringen zoals oxiden, kunnen deze worden gebruikt om dunne films en legeringsfilms te maken met uniforme componenten die vergelijkbaar zijn met die van het doelmateriaal, en zelfs supergeleidende films met complexe samenstellingen. Bovendien kan de reactieve sputtermethode ook worden gebruikt om films te produceren van verbindingen die volledig verschillen van het doelmateriaal, zoals oxiden, nitriden, carbiden en siliciden.
(2) Goede hechting tussen de gesputterde film en het substraat. Omdat de energie van gesputterde atomen 1-2 ordes van grootte hoger is dan die van verdampte atomen, genereert de energieomzetting van hoogenergetische deeltjes die op het substraat worden afgezet een hogere thermische energie, wat de hechting van gesputterde atomen aan het substraat verbetert. Een deel van de hoogenergetische gesputterde atomen zal in wisselende mate worden geïnjecteerd, waardoor een zogenaamde pseudo-diffusielaag op het substraat ontstaat waar de gesputterde atomen en de atomen van het substraatmateriaal met elkaar "mengbaar" zijn. Bovendien wordt het substraat tijdens de bombardering met de sputterdeeltjes in de plasmazone steeds gereinigd en geactiveerd, waardoor de slecht hechtende neergeslagen atomen worden verwijderd en het substraatoppervlak wordt gezuiverd en geactiveerd. Als gevolg hiervan wordt de hechting van de gesputterde filmlaag aan het substraat aanzienlijk verbeterd.
(3) Hoge dichtheid van de sputtercoating, minder gaatjes en een hogere zuiverheid van de filmlaag omdat er geen smeltkroesverontreiniging is, wat onvermijdelijk is bij vacuümdampafzetting tijdens het sputtercoatingproces.
(4) Goede beheersbaarheid en herhaalbaarheid van de filmdikte. Omdat de ontladingsstroom en de doelstroom tijdens het sputtercoaten afzonderlijk kunnen worden geregeld, kan de filmdikte worden geregeld door de doelstroom te regelen. Hierdoor zijn de beheersbaarheid en de reproduceerbaarheid van de filmdikte bij meervoudig sputtercoaten goed, en kan een film met een vooraf bepaalde dikte effectief worden aangebracht. Bovendien kan met sputtercoaten een uniforme filmdikte over een groot oppervlak worden verkregen. De algemene sputtercoatingtechnologie (voornamelijk dipoolsputteren) kent echter nadelen, zoals complexe apparatuur die hogedrukapparatuur vereist, een lage filmvormingssnelheid (vacuümverdampingssnelheid is 0,1-5 nm/min, terwijl de sputtersnelheid 0,01-0,5 nm/min is), een hoge temperatuurstijging van het substraat en een hoge gevoeligheid voor gasverontreinigingen, enzovoort. Dankzij de ontwikkeling van RF-sputter- en magnetron-sputtertechnologie is echter grote vooruitgang geboekt in het bereiken van snelle sputterafzetting en het verlagen van de substraattemperatuur. Bovendien worden er de laatste jaren nieuwe sputtercoatingmethoden onderzocht – gebaseerd op planaire magnetronsputtering – om de sputterluchtdruk te minimaliseren tot nuldruksputtering, waarbij de druk van het inlaatgas tijdens het sputterproces nul is.