Towards high-rate magnetron sputter deposition: Influence of the discharge power on deposition process and coating properties

Titel in Übersetzung: Auf dem Weg zum Hochratemagnetronsputtern: Einfluss der Leistung auf Beschichtungsprozess und Schichteigenschaften

Christian Saringer

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

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Abstract

Magnetronsputtern ist ein Verfahren, das zur Abscheidung von hochwertigen funktionalen Schichten herangezogen werden kann. Obwohl es sehr viele Vorteile gegenüber den meisten anderen Beschichtungsverfahren aufweist, existieren Anwendungslimitierungen aufgrund der niedrigen Beschichtungsraten und deshalb auch niedriger Produktivität und folglich hoher Kosten. Aus diesem Grund beschäftigt sich die vorliegende Arbeit mit der Möglichkeit der Produktivitätssteigerung des Sputterprozesses durch eine Steigerung der am Target angelegten Leistung. Mehrere Aspekte dieses Beschichtungsprozesses wurden untersucht: Um den Einfluss der Leistung auf die Plasmaeigenschaften zu untersuchen, wurden Langmuirsondenmessungen beim Sputtern eines Titantargets in Argon durchgeführt. Dabei wurde festgestellt, dass unter einer bestimmten Leistung von in diesem konkreten Fall weniger als 800 W kein homogenes Plasma gebildet wird. Bei höheren Leistungen hingegen bleibt die räumliche Verteilung des Plasmas unbeeinflusst. Systematische Beschichtungsserien zeigten des Weiteren, dass eine Steigerung der Leistung tatsächlich zu einer erhöhten Schichtwachstumsrate führt. Die dabei angelegte Leistung mit der erhöhten Wachstumsrate beeinflusst allerdings die Schichteigenschaften nicht unerheblich. Im Falle von amorphen Kohlenstoffschichten führte eine Erhöhung der Leistung von 530 auf 3400 W wegen der gesteigerten Temperaturbelastung zu einem Wachstum der Graphitcluster in der Schicht, was gleichzeitig in einer Härteabnahme von 30 auf 20 GPa bei der Beschichtung mit Neon resultierte. Reaktiv abgeschiedene Titannitridschichten zeigten im Gegensatz dazu eine Härtezunahme mit steigender Beschichtungsrate, was einerseits einer Kornfeinung durch kürzere Diffusionszeiten der adsorbierten Atome und andererseits einer Druckspannungszunahme zu Grunde liegt. Weiters ist es möglich den Reaktivgasanteil in der Schicht durch eine höhere Leistung zu steigern und damit die nachteiligen Folgen der Targetvergiftung auf die Beschichtungsrate zu überwinden. Dies wird dadurch gestattet, dass der reaktive Beschichtungsprozess im Übergang zwischen metallischem und vergiftetem Modus stattfindet, was sonst nur durch aufwändige Methoden erreichbar ist. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass eine Erhöhung der Leistung in der Tat zu einer erhöhten Beschichtungsrate führt und deshalb ein denkbarer Weg der Produktivitätssteigerung, vor allem für den Reaktivsputterprozess, darstellt. Jedoch werden die Schichteigenschaften in gleichem Maße beeinflusst und beides, positive und nachteilige Einflüsse konnten abhängig vom Schichtsystem gefunden werden.
Titel in ÜbersetzungAuf dem Weg zum Hochratemagnetronsputtern: Einfluss der Leistung auf Beschichtungsprozess und Schichteigenschaften
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Mitterer, Christian, Beurteiler A (intern)
  • Eisenmenger-Sittner, Christoph, Beurteiler B (extern), Externe Person
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2017

Bibliographische Notiz

nicht gesperrt

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