Fachbereich Physik/Experimentelle Physik

An dieser Stelle können alle in der Forschung tätigen Physiker und auch selbst Forschung betreibende Amateur-Physiker ihre Projekte kurz vorstellen. Auf der Diskussionsseite zu dieser Seite kann man sich evtl. über Erfolg und Misserfolg verschiedener Versuche unterhalten, sowie Ergebnisse und Möglichkeiten mit anderen besprechen.

Zunächst soll diese Seite offen für alle Themen sein. Sobald sich dann die Einträge mehren, wird es sinnvoll sein, eine weitere Untereinteilung vorzunehmen.

Verbesserung der Wachstumsrate dünner Schichten bei HIPIMS mit Hilfe einer kreisförmigen Gaseinlassröhre

HIPIMS steht für "High Power Impulse Magnetron Sputtering" was sinngemäß übersetzt soviel bedeutet wie "Stark ionisierte Hochleistungsimpuls-Magnetron-Bedampfung". Die Grundanordnung dabei ist relativ einfach: In einer zylinderförmigen Vakuumkammer befindet sich oben ein Magnetron, d.h. ein starker kreisförmiger Elektromagnet. Der Nordpol ist dabei außen und der Südpol in der Mitte. Strom wird gepulst durch diesen geschickt und in dabei in die Vakuumkammer Argon eingeführt, das durch das gepulste elektrische Feld schnell ionisiert wird und ein Plasma bildet. Die Plasma-Ionen verdichten sich entlang der Feldlinien des Magnetrons und schlagen aus einer direkt vor dem Magnetron angebrachten Target-Scheibe Atome heraus. Die Target-Scheibe besteht dabei aus dem Material, mit dem beschichtet werden soll. Das zu beschichtende Substrat befindet sich in 5 bis 20 cm Abstand gegenüber, d.h. unterhalb des Magnetrons. Durch die Strompulse, die das Magnetron erfährt ändert sich das Magnetfeld ständig und versetzt auch das Plasma, das hauptsächlich zwischen Magnetron und Target in Einzelentladungen glüht in Bewegung. Dadurch gelangen die Metallionen des Targets zum Substrat und benetzen dieses.

Ein bei dieser Methode bekannter Effekt ist eine Ausdünnung von Gas (engl. "gas rarefaction") in einem kreisförmigen Bereich direkt vor dem Target. Das bedeutet aber, daß die Flussrate von Metallionen und damit die Bedampfungsgeschwindigkeit des Films deutlich niedriger ist als sie für industrielle Anwendungen sein sollte.

Um diesem Effekt beizukommen versuchen wir nun den Gaseinlass anstatt wie bisher von der Seite der Vakuumkammer so zu gestalten, daß das Argon zunächst in einer kreisförmige Leitung strömt, die direkt unterhalb des Magnetrons angebracht ist. In diese kreisförmige Leitung werden Löcher gebohrt, um das Argon direkt in die ausgedünnten Bereiche strömen lassen zu können.

Die kreisförmige Zuleitung wird am Anodenring angebracht, der sich in unmittelbarer Nähe des Magnetrons befindet. Wir hoffen, daß wir dadurch die elektromagnetischen Eigenschaften des Anodenrings nicht besonders beeinflussen.

(Wird fortgesetzt.)

Referenzen:

Ulf Helmersson et. al., Ionized physical vapor deposition (IPVD): A review of technology and applications, Thin Solid Films, 513, Mai 2006, S. 1-24

J. Musil et. al., Magnetron with gas injection through hollow cathodes machined in sputtered target, Surface and Coatings Technology, 148, Juni 2001, S. 296-304

--StudentT 21:48, 14. Feb. 2007 (CET)