Plasmagestützte Schichtabscheidung

Das Interesse unserer Forschung liegt in einem tieferen Verständnis der gesamten Entwicklungskette für Materialien und Oberflächen, die durch plasmabasierte Prozesse hergestellt und bearbeitet werden. Dies beginnt bei der Entwicklung von Plasmaquellen bis zu deren Charakterisierung, gefolgt von der Prozessentwicklung über die Plasmadiagnostik bis hin zur Materialcharakterisierung und Rückkopplung zur Prozessoptimierung. Der Forschungsschwerpunkt der Gruppe liegt darin, die Verbindungen zwischen diesen oft getrennt untersuchten Bereichen aufzudecken. Unser Ziel ist es, das Plasma zu "ingenieuren", um Materialien und Oberflächen für verschiedene Anwendungen entwickeln zu können. Unsere Spezialität ist die Verwendung von kathodischen Bogen- und Magnetronentladungen, wobei letztere in verschiedenen Regimen, einschließlich HiPIMS (high power impulse magnetron sputtering), eingesetzt werden. Wir verwenden eine Vielzahl von Plasmacharakterisierungsmethoden und -instrumenten, um eine bessere Kontrolle über den Plasmaprozess und damit über die hergestellten Materialien zu haben, sowie ein besseres Verständnis der zugrunde liegenden physikalischen Phänomene.

Expertise

  • Dünnschichtabscheidung durch Magnetronentladungen (Magnetronsputtern, High Power Impulse Magnetron Sputtering (HiPIMS), Reaktives Sputtern)
  • Gefilterte kathodische Lichtbogenabscheidung
  • Plasmadiagnostik (Optische Bildgebung, Optische Emissionsspektroskopie, Massenspektrometrie)
  • Charakterisierung anorganischer Materialien
  • Plasmamodellierung

Highlights

  • A review comparing cathodic arcs and high power impulse magnetron sputtering (HiPIMS)

    A. Anders
    Surface and Coating Technology, 257, 308 (2014)
    https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2014.08.04

    Das Hochleistungsimpuls-Magnetronsputtern (HiPIMS) kombiniert die Vorteile des Magnetronsputterns mit verschiedenen Formen der energetischen Abscheidung von Schichten wie Ionenplattieren und Kathodenbogen-Plasmaabscheidung. In dieser Übersicht wird ein Überblick über einige historische Entwicklungen und Merkmale von Kathodenbogen- und HiPIMS-Plasmen gegeben, wobei Gemeinsamkeiten und Unterschiede aufgezeigt werden. Um den Umfang zu begrenzen, wird der Schwerpunkt auf die Plasmaeigenschaften gelegt, im Gegensatz zu einer Übersicht über die umfangreiche Literatur zu spezifischen Filmmaterialien und deren Eigenschaften.

  • A structure zone diagram including plasma-based deposition and ion etching

    A. Anders
    Thin Solid Films, 518 (15), 2010, 4087-4090
    https://doi.org/10.1016/j.tsf.2009.10.145

    In dieser Arbeit wird ein erweitertes Strukturzonendiagramm vorgeschlagen, das die energetische Abscheidung einschließt, die durch einen großen Ionenfluss gekennzeichnet ist, der typisch für die Abscheidung durch gefilterte kathodische Lichtbögen und das Hochleistungs-Impuls-Magnetron-Sputtern ist.

  • Tutorial: Reactive High Power Impulse Magnetron Sputtering (R-HiPIMS)

    A. Anders
    J. Appl. Phys. 121 (2017) 171101
    https://doi.org/10.1063/1.4978350

    In diesem häufig zitierten Tutorial wird das Hochleistungs-Impuls-Magnetron-Sputtern (HiPIMS) als Beschichtungstechnologie erläutert, das Magnetron-Sputtern mit gepulsten Leistungen kombiniert: Durch Anlegen der Leistung in Impulsen mit hoher Amplitude und einem relativ niedrigen Tastverhältnis werden große Anteile der gesputterten Atome und Gasen nahe des Targets ionisiert. Dieses Tutorial ist auch auf die "reaktive" Abscheidung von Schichten bezogen, was bedeutet, dass ein "reaktives" Gas wie Sauerstoff oder Stickstoff beteiligt ist, um Oxid- oder Nitridbeschichtungen herzustellen.

  • Optimizing the deposition rate and ionized flux fraction by tuning the pulse length in high power impulse magnetron sputtering

    M. Rudolph, N. Brenning, M. A. Raadu, H. Hajihoseini, J. T. Gudmundsson, A. Anders, D. Lundin
    Plasma Sources Science and Technology, 29 (5), 2020, 05LT01
    https://doi.org/10.1088/1361-6595/ab8175

    Hochleistungs-Impuls-Magnetronsputtern (HiPIMS) ist eine Technik der physikalischen Gasphasenabscheidung mit hoher Ionisierierungsrate der abzuscheidendenen Materialien. Es wird gezeigt, dass die typischerweise geringere Abscheiderate vom HiPIMS im Vergleich zu kontinuierlichem Sputtern (dcMS) gesteigert werden kann, indem die Pulslänge verkürzt wird. Wenn dabei gleichzeitig die Peak-Stromstärke beibehalten wird, kann ein Gewinn in der Abscheiderate ohne Kompromisse beim Ionenfluss auf das Substrat erreicht werden.

  • Ion beam sputtering of silicon: Energy distributions of sputtered and scattered ions

    D. Kalanov, A. Anders, C. Bundesmann
    J. Vac. Sci. Technol. A 37 (2019) 051507
    https://doi.org/10.1116/1.5114973

    Systematische Untersuchungen der Eigenschaften der Sekundärteilchen in Abhängigkeit von verschiedenen Prozessparametern für den Beschuss eines Zinn-dotierten Indiumoxidtargets mit Ar-Ionen sind beschrieben. Die Teilcheneigenschaften hängen zuvorderst von der Prozessgeometrie ab, aber auch von der Primärionenenergie.