Das DC-Magnetron-Sputtern ist eine von mehreren Arten des Sputterns, bei dem es sich um ein Verfahren zum physikalischen Aufdampfen von dünnen Filmen eines Materials auf ein anderes Material handelt. Die gebräuchlichsten Sputter-Depositionsverfahren im Jahr 2011 sind Ionenstrahl-Sputtern, Dioden-Sputtern und DC-Magnetron-Sputtern. Sputtern hat eine Vielzahl von wissenschaftlichen und industriellen Anwendungen und ist eines der am schnellsten wachsenden Produktionsverfahren in der modernen Fertigung.
Das Sputtern erfolgt ganz einfach in einer Vakuumkammer, in der eine Substanz mit ionisierten Gasmolekülen beschossen wird, die Atome aus der Substanz verdrängen. Diese Atome fliegen weg und treffen auf ein Zielmaterial, ein sogenanntes Substrat, und binden sich auf atomarer Ebene daran, wodurch ein sehr dünner Film entsteht. Diese Sputter-Abscheidung erfolgt auf atomarer Ebene, so dass der Film und das Substrat eine praktisch unzerbrechliche Verbindung aufweisen und der Prozess einen gleichmäßigen, extrem dünnen und kostengünstigen Film erzeugt.
Magnetrons werden im Sputterprozess verwendet, um den Weg der verdrängten Atome zu kontrollieren, die zufällig in der Vakuumkammer herumfliegen. Die Kammer ist mit einem Niederdruckgas, häufig Argon, gefüllt und hinter dem Beschichtungsmaterialtarget sind mehrere Hochspannungs-Magnetronkathoden angeordnet. Hochspannung fließt von den Magnetrons über das Gas und erzeugt ein hochenergetisches Plasma, das auf das Beschichtungsmaterial-Target trifft. Die durch diese Plasmaionenstöße erzeugte Kraft bewirkt, dass Atome aus dem Beschichtungsmaterial herausgeschleudert werden und sich mit dem Substrat verbinden.
Die Atome, die beim Sputterprozess ausgestoßen werden, fliegen normalerweise in zufälligen Mustern durch die Kammer. Magnetrons erzeugen hochenergetische Magnetfelder, die positioniert und manipuliert werden können, um das erzeugte Plasma um das Substrat herum zu sammeln und einzuschließen. Dies zwingt die ausgestoßenen Atome, vorhersagbare Wege zum Substrat zu gehen. Durch Steuern des Atomweges können auch die Filmabscheidungsrate und -dicke vorhergesagt und gesteuert werden.
Mithilfe von DC-Magnetron-Sputtern können Ingenieure und Wissenschaftler Zeiten und Prozesse berechnen, die zur Herstellung bestimmter Filmqualitäten erforderlich sind. Dies wird als Prozesssteuerung bezeichnet und ermöglicht es, diese Technologie von der Industrie in der Massenfertigung einzusetzen. Sputtern wird beispielsweise verwendet, um Beschichtungen für optische Linsen herzustellen, die in Ferngläsern, Teleskopen und Infrarot- und Nachtsichtgeräten verwendet werden. Die Computerindustrie verwendet CDs und DVDs, die im Sputterverfahren hergestellt wurden, und die Halbleiterindustrie verwendet Sputtern, um viele Arten von Chips und Wafern zu beschichten.
Moderne Hocheffizienz-Isolierfenster verwenden Glas, das durch Sputtern beschichtet wurde, und viele Beschläge, Spiel- und Dekorationsartikel werden mit diesem Verfahren hergestellt. Andere Industrien, die Sputtern verwenden, sind die Luft- und Raumfahrt-, Verteidigungs- und Automobilindustrie, die Medizin-, Energie-, Beleuchtungs- und Glasindustrie und viele andere. Trotz seiner bereits breiten Anwendung findet die Industrie weiterhin neue Anwendungen für das DC-Magnetron-Sputtern.