Sputtern ist ein Verfahren zum Abscheiden sehr dünner Materialschichten auf einer Oberfläche durch Beschuss eines Quellenmaterials in einer abgedichteten Kammer mit Elektronen oder anderen energiereichen Teilchen, um Atome der Quelle als Aerosol auszustoßen, die sich dann auf allen Oberflächen in der Kammer absetzen . Das Verfahren kann extrem feine Filmschichten bis auf die atomare Skala abscheiden, ist aber auch tendenziell langsam und wird am besten für kleine Oberflächen verwendet. Zu den Anwendungen gehören die Beschichtung biologischer Proben für die Bildgebung in Rasterelektronenmikroskopen (REM), die Dünnschichtabscheidung in der Halbleiterindustrie und die Abscheidung von Beschichtungen für miniaturisierte Elektronik. Die Nanotechnologie-Industrie in der Medizin, Informatik und Materialforschung verlässt sich häufig auf die Sputter-Abscheidung, um neue Verbundwerkstoffe und Geräte im Nanometer- oder Milliardstel-Maßstab zu entwickeln.
Mehrere verschiedene Arten von Sputterverfahren werden allgemein verwendet, einschließlich Gasfluss-, reaktives und Magnetron-Sputtern. Ionenstrahl- und ionenunterstütztes Sputtern werden aufgrund der Vielzahl von Chemikalien, die in einem ionischen Zustand vorliegen können, ebenfalls weit verbreitet verwendet. Das Magnetron-Sputtern wird weiter in Gleichstrom- (DC), Wechselstrom- (AC) und Hochfrequenz-(RF)-Anwendungen unterteilt.
Beim Magnetron-Sputtern wird ein Magnetfeld um das Quellenmaterial gelegt, das zum Abscheiden von Schichten auf dem Target verwendet wird. Die Kammer wird dann mit einem Inertgas wie Argon gefüllt. Wenn das Quellenmaterial entweder mit Wechsel- oder Gleichstrom elektrisch geladen wird, werden ausgestoßene Elektronen im Magnetfeld eingefangen und interagieren schließlich mit dem Argongas in der Kammer, um energetische Ionen zu erzeugen, die sowohl aus Argon als auch aus dem Quellenmaterial bestehen. Diese Ionen entweichen dann dem Magnetfeld und treffen auf das Zielmaterial, wobei langsam eine feine Schicht des Quellenmaterials auf dessen Oberfläche abgeschieden wird. In diesem Fall wird HF-Sputtern verwendet, um verschiedene Arten von Oxidfilmen auf isolierende Targets abzuscheiden, indem die elektrische Vorspannung zwischen dem Target und der Source mit hoher Geschwindigkeit variiert wird.
Ionenstrahlsputtern funktioniert, ohne dass die Quelle ein Magnetfeld benötigt. Ionen, die aus dem Quellenmaterial ausgestoßen werden, interagieren mit Elektronen aus einer sekundären Quelle, so dass sie das Target mit neutralen Atomen beschossen. Dadurch kann ein Ionensputtersystem sowohl leitendes als auch isolierendes Targetmaterial und Teile beschichten, wie z. B. die Dünnfilmköpfe für Computerfestplatten.
Reaktive Sputtermaschinen basieren auf chemischen Reaktionen zwischen dem Targetmaterial und Gasen, die in ein Kammervakuum gepumpt werden. Die direkte Steuerung der Abscheidungsschichten erfolgt durch Änderung des Drucks und der Gasmengen in der Kammer. Filme, die in optischen Komponenten und Solarzellen verwendet werden, werden oft durch reaktives Sputtern hergestellt, da die Stöchiometrie oder die chemischen Reaktionsraten genau gesteuert werden können.