Magnetron-Sputtern ist eine Art der physikalischen Gasphasenabscheidung, ein Prozess, bei dem ein Targetmaterial verdampft und auf einem Substrat abgeschieden wird, um einen dünnen Film zu erzeugen. Da zur Stabilisierung der Ladungen Magnete verwendet werden, kann das Magnetron-Sputtern bei niedrigeren Drücken durchgeführt werden. Darüber hinaus kann dieser Sputterprozess genaue und gleichmäßig verteilte Dünnschichten erzeugen und ermöglicht eine größere Vielfalt des Targetmaterials. Magnetron-Sputtern wird häufig verwendet, um dünne Metallfilme auf verschiedenen Materialien wie Plastiktüten, Compact Discs (CDs) und digitalen Video-Discs (DVDs) zu bilden, und es wird auch häufig in der Halbleiterindustrie verwendet.
Im Allgemeinen beginnt ein traditioneller Sputterprozess in einer Vakuumkammer mit dem Targetmaterial. Argon oder ein anderes Inertgas wird langsam eingeführt, damit die Kammer ihren niedrigen Druck aufrechterhalten kann. Als nächstes wird ein Strom durch die Stromquelle der Maschine eingeführt, der Elektronen in die Kammer bringt, die beginnen, die Argonatome zu beschießen und die Elektronen in ihren äußeren Elektronenhüllen abzuschlagen. Als Ergebnis bilden die Argonatome positiv geladene Kationen, die das Zielmaterial zu bombardieren beginnen und kleine Moleküle davon in einem Spray freisetzen, das sich auf dem Substrat sammelt.
Während dieses Verfahren im Allgemeinen zur Erzeugung von dünnen Filmen effektiv ist, bombardieren die freien Elektronen in der Kammer nicht nur die Argonatome, sondern auch die Oberfläche des Targetmaterials. Dies kann zu einer starken Beschädigung des Targetmaterials einschließlich unebener Oberflächenstruktur und Überhitzung führen. Darüber hinaus kann das traditionelle Dioden-Sputtern lange dauern, was noch mehr Möglichkeiten für Elektronenschäden am Targetmaterial eröffnet.
Magnetron-Sputtern bietet höhere Ionisationsraten und weniger Elektronenschäden am Targetmaterial als herkömmliche Sputter-Abscheidungstechniken. Bei diesem Prozess wird ein Magnet hinter der Stromquelle eingefügt, um die freien Elektronen zu stabilisieren, das Targetmaterial vor Elektronenkontakt zu schützen und auch die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, dass die Elektronen die Argonatome ionisieren. Der Magnet erzeugt ein Feld, das die Elektronen zurückhält und über dem Targetmaterial gefangen hält, wo sie es nicht beschädigen können. Da die magnetischen Feldlinien gekrümmt sind, wird der Weg der Elektronen in der Kammer durch den Argonstrom verlängert, wodurch die Ionisationsraten verbessert und die Zeit bis zur Fertigstellung des Dünnfilms verkürzt wird. Auf diese Weise kann das Magnetron-Sputtern den anfänglichen Problemen von Zeit- und Targetmaterialschäden entgegenwirken, die beim traditionellen Dioden-Sputtern aufgetreten waren.