Ablagerung von dünnschicht

Arten der Dünnschichtdeposition

• Physikalische Gasphasenabscheidung (PVD)

  Der PVD-Beschichtungsprozess umfasst mehrere Schritte, beginnend mit der Verdampfung des festen Materials, um es in ein Gas umzuwandeln. Dies kann durch thermische Verdampfung oder Sputtern erfolgen. Bei der thermischen Verdampfung wird Wärme auf eine feste Zielscheibe angewendet, bis sie den Siedepunkt erreicht. Beim Sputtern ionisiert ein Gas und trifft auf eine feste Zielscheibe. Sobald das Material verdampft ist, muss es zum Substrat transportiert werden. Hier kommt das Vakuum ins Spiel. Der Dampf bewegt sich im Vakuum geradlinig, da es keinen Luftwiderstand oder Partikel gibt, die seinen Weg behindern könnten, was ihn leicht zum Substrat lenkt. Schließlich kondensiert der Dampf und bildet eine Beschichtung durch einen Prozess, der als Nukleation und Wachstum bekannt ist.

• Chemische Gasphasenabscheidung (CVD)

  Dieser Prozess beinhaltet eine chemische Reaktion zwischen Gasen, die bei hohen Temperaturen stattfindet und zur Bildung eines festen Dünnfilms führt. Dieser Film wird dann auf dem Substrat abgeschieden. Der CVD-Prozess lässt sich in fünf einfache Schritte unterteilen. Erstens wird das Substrat einem Trägergas ausgesetzt, das einen oder mehrere flüchtige Reaktanten enthält. Zweitens diffundieren die Reaktanten und interagieren mit der Oberfläche des Substrats. Drittens findet eine chemische Reaktion statt, die zur Bildung eines Films und zur Freisetzung von Nebenprodukten führt. Viertens wird der Film auf der Oberfläche abgeschieden. Schließlich werden die Nebenprodukte aus der Kammer entfernt, meist durch das Trägergas.

• Atomlagenabscheidung (ALD)

  Die ALD-Technik basiert auf oberflächenkontrollierten sequentiellen Reaktionszyklen. Vereinfacht gesagt, basiert ALD auf der Wiederholung von zwei oder mehr gasförmigen Reaktanten, die auf der Oberfläche eines Substrats miteinander reagieren. Dies führt zur Bildung einer dünnen Schicht. Vorläufer A reagiert mit der Oberfläche des Substrats und bildet eine Monoschicht. Dann reagiert Vorläufer B mit der Monoschicht und erzeugt eine weitere Schicht. Der Prozess wird fortgesetzt, bis die gewünschte Dicke erreicht ist. Diese Methode ist vorteilhaft, da sie zu einer hervorragenden Gleichmäßigkeit und Konformität führt, selbst bei komplexen Substraten.

Spezifikationen & Wartung der Dünnschichtabscheidung

Die Verfahren zur chemischen und physikalischen Abscheidung von Dünnfilmen sind in Bezug auf die Spezifikationen im Allgemeinen gleich. Für jede Technik müssen unterschiedliche Spezifikationen und Parameter eingestellt werden, um die gewünschten Ergebnisse in Bezug auf Qualität, Struktur, Gleichmäßigkeit und Dicke des Dünnfilms zu erzielen.

Vakuumniveau: Für physikalische Verfahren wie Vakuumverdampfung oder Sputtern wird ein hohes Vakuum (10^-2 bis 10^-7 atm) benötigt, um die mittlere freie Weglänge der Atome zu reduzieren, so dass sie mit dem Substrat und nicht mit den Gasmolekülen in der Kammer kollidieren. Für chemische Verfahren wie MOCVD oder CVD können Drücke zwischen 1-10 atm oder sogar normaler Atmosphärendruck verwendet werden.

Temperatur: Dies ist ein wichtiger Parameter bei den meisten Abscheidungsverfahren, insbesondere bei chemischen Verfahren. Dünnschichtabscheidungsverfahren wie MOCVD, CVD und EPL erfordern Substrattemperaturen im Bereich von 300 °C bis 900 °C. Bei PLD und Sputtern kann die Substrattemperatur je nach Material Raumtemperatur, beheizt oder sogar gekühlt sein.

Gasflussraten: Bei chemischen Abscheidungsverfahren werden die Flussraten der Vorläufergase so eingestellt, dass die richtige Stöchiometrie des Films erreicht wird. Die genauen Flussraten hängen von dem abzuscheidenden Material und der verwendeten Reaktion ab. In einigen Fällen ist das Vorhandensein von reaktiven Gasen wie O₂ oder N₂ erforderlich, um Oxide oder Nitride zu bilden.

Abscheidungsrate: Dies bezieht sich darauf, wie schnell das Material als Film wächst, wenn das Verfahren angewendet wird. Sie kann je nach Verfahren und Material von wenigen nm/min (Sputtern, EPL) bis zu mehr als 10 nm/s (MOCVD) reichen.

Gleichmäßigkeit: Die gleichmäßige Verteilung und konstante Dicke eines Dünnfilms über eine Fläche ist eine Anforderung in den meisten elektronischen Anwendungen. Bei Verwendung der Sputtertechnik kann die Gleichmäßigkeit durch Drehen des Substrats oder der Zielscheibe während des Sputterns verbessert werden, und die Abscheidungszeit kann erhöht werden, um eine gleichmäßige Dicke zu gewährleisten. Bei allen Abscheidungsverfahren beeinflusst die Größe des Substrats im Verhältnis zur Fläche des Ausgangsmaterials die Gleichmäßigkeit.

Die Wartung der Dünnschichtabscheidungsgeräte variiert je nach Verfahren.

• Im Allgemeinen sollten regelmäßige Wartungspläne eingehalten werden, und Vakuumpumpen, Gasfördersysteme und Vorläufersquellen sollten regelmäßig inspiziert und gereinigt werden.
• Optische Elemente wie Linsen und Spiegel sollten gereinigt und beschichtet werden, um sicherzustellen, dass sie frei von Verunreinigungen oder Ablagerungen bleiben, die ihre Leistung beeinträchtigen könnten.
• Bei Verfahren, bei denen Dreh- oder Magnetronziele verwendet werden, sollten die Ziele regelmäßig inspiziert, gereinigt oder ausgetauscht werden, um Filme von guter Qualität zu erhalten.

Szenarien der Dünnschichtabscheidung

Die Metalldeposition von Dünnfilmen findet in verschiedenen Branchen vielfältige Anwendung. Hier sind einige Bereiche, die die Dünnschichttechnologie und die Dünnschichtmaschinen ausgiebig einsetzen.

• Elektronik

  Die Dünnschichtabscheidung ist für die Herstellung von Halbleitern, Transistoren, integrierten Schaltungen, Sensoren und Dünnfilmtransistoren unerlässlich. Diese Artikel sind Schlüsselkomponenten von elektronischen Geräten wie Smartphones, Computern, Fernsehern und Tablets.

• Solarenergie

  Die Dünnschichttechnologie ermöglicht die Herstellung von Solarzellen mit hohem Wirkungsgrad und Biegefähigkeit. Dünnschicht-Solarzellen benötigen kein festes Substrat und haben im Vergleich zu herkömmlichen Solarzellen niedrige Produktionskosten.

• Optische Beschichtungen

  Die durch das Dünnschichtverfahren hergestellten optischen Beschichtungen sind für die Verbesserung oder Reduzierung der Lichttransmission unerlässlich. Der Film trägt auch dazu bei, Antireflexbeschichtungen für Gläser, Kameras, Mikroskope, Filter, Spiegel und Prismen herzustellen. In der Automobilindustrie ermöglichen die Beschichtungen eine einfachere Reinigung der Windschutzscheiben und verbessern die Funktion von Head-up-Displays.

• Medizinische Geräte

  Die Dünnschichttechnologie ermöglicht die Entwicklung von medizinischen Geräten und Sensoren, die für die Diagnose oder Überwachung der Gesundheit eingesetzt werden. Diese Geräte müssen in der Regel klein, tragbar und genau sein, was alles mit der Dünnschichttechnologie erreicht werden kann.

• Verpackung

  Dünnschichtbeschichtungen verbessern die Qualität und Flexibilität von Lebensmittel- und Flüssigkeitsverpackungsmaterialien. Sie verbessern auch die Barriereeigenschaften wie Feuchtigkeitsbeständigkeit, Gasundurchlässigkeit und Haltbarkeit.

• Luft- und Raumfahrt

  In der Luft- und Raumfahrtindustrie schützen Dünnschichtbeschichtungen Luft- und Raumfahrtkomponenten vor extremen Bedingungen wie hohen Temperaturen, oxidativen Umgebungen und Wärmeschocks. Die Beschichtungen verbessern auch die Wärmeschutzschicht von Bauteilen wie Turbinenschaufeln und Düsenaufsätzen.

• Umweltanwendungen

  Die Dünnschichttechnologie ist entscheidend für die Entwicklung effizienter und kompakter Filtermembranen zur Luft- und Wasserreinigung. Dünnschichtmembranen trennen unerwünschte Stoffe von den gewünschten. Neben Gasscheidungssystemen werden sie auch in Umkehrosmosesystemen eingesetzt.

So wählen Sie die Maschinen für die Dünnschichtabscheidung

Beim Kauf von Geräten für die Dünnschichtabscheidung ist es wichtig, die besonderen Eigenschaften der einzelnen Verfahren und die Anforderungen der Endbenutzer zu kennen.

• Ist das laborgerechte PVD-Dünnschicht-Sputtersystem für zukünftige Bedürfnisse geeignet?

• Aktuelle und zukünftige Bedürfnisse der Sputter-Dünnschichtmaschine:

  Wenn Sie in ein bestimmtes Verfahren zum Sputtern oder zur Gasphasenabscheidung investieren, stellen Sie sicher, dass die Maschine über das richtige Zielmaterial und den richtigen Substrathalter für die Bedürfnisse des Marktes verfügt, mit dem Sie arbeiten. Erfahren Sie, welche Elemente des Magnetronsputtersystems für zukünftige Bedürfnisse aufgerüstet werden können. Verfügt das System beispielsweise über einen verbesserten Substrathalter für andere Geometrien oder ein höheres Ziel-Substrat-Verhältnis, das in Zukunft hinzugefügt werden kann?

• Qualitätskontrollfunktionen der Dünnschichtmaschine:

  Die aktualisierten Modelle verfügen in der Regel über verbesserte Qualitätskontrollfunktionen, wie z. B. die Fähigkeit zur Analyse von Restgasen oder ein komplettes Vakuumsystem mit einer Turbomolekularpumpe. Achten Sie darauf, die richtige Qualitätssicherungsstufe für den Markt zu wählen, auf dem Sie tätig sein werden.

• Plasmaerzeugungsmethode:

  Es gibt verschiedene Arten von Magnetronplasmen, um unterschiedliche Marktbedürfnisse zu erfüllen. Wählen Sie die beste Maschine und die besten Plasmageneratoren, wie z. B. den kapazitiv gekoppelten Plasma (CCP)-Sputtergenerator oder das Hochleistungs-Impulsmagnetron-Sputtern (HiPIMS)-Modell, basierend auf den spezifischen Marktanforderungen.

• Parameter für den unbeaufsichtigten Betrieb:

  Wenn Sie über die Art der Dünnschichtabscheidungsmaschine nachdenken, überlegen Sie, wie lange und wie oft Sie die Maschine unbeaufsichtigt laufen lassen müssen. Einige höherwertige Maschinen haben Parameter in ihr System integriert, die speziell für den unbeaufsichtigten Betrieb und die Notwendigkeit längerer Laufzeiten entwickelt wurden. Diese Arten von Modellen verfügen in der Regel über eine Vielzahl fortschrittlicher digitaler Steuerungen und benutzerfreundlicher Parameter. Achten Sie darauf, dass Sie eine Maschine mit der richtigen Parametereinstellung wählen und beachten Sie, dass sie für den Markt geeignet ist, auf dem Sie tätig sind.

• Dateiexportfunktionen:

  Maschinen mit einer Datenfilexportfunktion können es Technikern erleichtern, den Maschineneinsatz und andere Betriebsaufzeichnungen zu verfolgen. Wählen Sie Maschinen mit dieser Art von Dateidokumentationsmöglichkeit, wenn dies in Ihrem Bereich der Industrie hilfreich ist.

Q&A

F1: Wie sieht die Zukunft der Dünnschichtabscheidungs-Technologien aus?

A1: Die Zukunft der Dünnschichtabscheidungs-Technologien sieht vielversprechend aus. Techniken wie ALD und CVD werden wahrscheinlich kontinuierliche Fortschritte in ihren Apparaten und Verfahren erleben.

F2: Können Käufer kundenspezifische Dünnschichtabscheidungsgeräte erhalten?

A2: Einige Hersteller von hochwertigen Dünnschichtabscheidungsgeräten im industriellen Maßstab bieten Dünnschichtabscheidungsgeräte an, die auf spezifische Bedürfnisse zugeschnitten sind.

F3: Was sind die wichtigsten Trends auf dem globalen Markt für Dünnschichtabscheidung?

A3: Es besteht eine steigende Nachfrage nach Automatisierungs- und Steuerungssystemen in Dünnschichtabscheidungsverfahren. Auch die Vorliebe für umweltfreundliche Beschichtungstechniken treibt die Entwicklung nachhaltiger Dünnschichtabscheidungslösungen voran.

F4: Wie lange ist die übliche Lieferzeit für die Bestellung von Dünnschichtabscheidungsgeräten im Großhandel?

A4: Beim Kauf großer Mengen an Geräten im industriellen Maßstab beträgt die Lieferzeit in der Regel 8-16 Wochen, abhängig von der Komplexität der Maschinen.