Hochleistungs-Sputtering Anlage mit Zubehör
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Magnetron-Sputtering ist eine schon seit längerer Zeit gut in die Technik eingeführte Methode zur Herstellung dünner Schichten. Dabei wird ein Plasma über einem Target gezündet, das durch Ionenbeschuss zerstäubt wird. Die zerstäubten Teilchen gelangen zum Substrat und bilden die dünne Schicht. Das Plasma ist in einem lokalen Magnetfeld teilweise eingeschlossen und befindet sich aufgrund des gleichzeitig angelegten elektrischen Feldes in einer ExB Konfiguration (Magnetron). Das Plasma weist oberhalb des Targets eine torusförmige Zone hoher Dichte auf. Seit einigen Jahren wird das High Power Impulse Magnetron Sputtering (HiPIMS) untersucht. Bei gleicher Anordnung werden kurze (einige 10-100 2 µs) elektrische Hochleistungspulse mit Leistungsdichten bis ca. 10 kW/cm auf dem Target eingesetzt. Dies führt zu einem voll ionisierten Plasma mit sehr hoher Dichte und zerstäubtem Material, das im Gegensatz zum konventionellen Sputtering teils hoch ionisiert vorliegt. HiPIMS führt zu besonders ausgezeichneten Beschichtungen. Das über das HBFG beschaffte Gerät (Hochleistungs-Magnetron-Sputter-Anlage mit ICCD Kamera, HSA) war 2009 bei der Antragstellung des SFB-TR 87 (Gepulste Hochleistungsplasmen zur Synthese nanostrukturierter Funktionsschichten) im Teilprojekt A5 bereits konzeptionell enthalten und wurde mit positiv evaluiert. Etwa um 2010 machte die Gruppe um Prof. Winter, quasi zeitgleich mit einer russischen und amerikanischen Gruppe, die Entdeckung hochdynamischer rotierender Strukturen auf den Magnetrons (Spokes). Dabei handelt es sich um knapp über dem Target lokalisierte Zonen sehr hoher Ionisationsrate, die in ExB Richtung mit Geschwindigkeiten um 10 km/s rotieren. Je nach Leistung können mehrere dieser Spokes ko-existieren. Die Gruppe hat im Rahmen des SFB-TR 87 viele grundlegende Arbeiten zu diesen rotierenden Strukturen veröffentlicht, die letztlich die Gruppe als eines der weltweit führenden Forscherteams zu diesem Thema profiliert haben. Es gelang unter Anderem, die besonderen Schichteigenschaften durch HiPIMS mit den Eigenschaften der Spokes zu korrelieren. Die Eigenschaften und Dynamik der Spokes in Abhängigkeit von den äußeren Parametern wie Stärke und Geometrie des Magnetfeldes, eingekoppelte Leistung, Pulslänge, Targetmaterial, etc. wurden umfangreich untersucht. Dabei kam die HSA mit Zubehör intensiv zum Einsatz. Die HSA wurde auch bei den Qualifizierungsarbeiten junger Wissenschaftler/Innen intensiv genutzt. Die Begutachtung zur 2. Förderphase des SFB-TR87 bescheinigte dem Teilprojekt A5 weltweit herausragende Arbeit. Die Arbeiten mit der HSA werden in der zweiten Förderphase des SFB-TR87 fortgesetzt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Temporal evolution of the radial plasma emissivity profile in HIPIMS plasma discharges Plasma Sources Sci. Technol. 21(3):035017 (2012)
Hecimovic A, De los Arcos T, Schulz-von der Gathen V, Böke M, Winter J
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1088/0963-0252/21/3/035017) - Current-voltage characteristics and fast imaging of HPPMS plasmas: transition from selforganized to homogeneous plasma regimes Journal of Physics D: Applied Physics 46, 335201 (2013)
de los Arcos T, Layes V, Aranda Gonzalvo Y, Schulz-von der Gathen V, Hecimovic A, Winter J
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1088/0022-3727/46/33/335201) - Instabilities in highpower impulse magnetron plasmas: from stochasticity to periodicity. Journal of Physics D:Applied Physics. 46 (8):084007 (2013)
Winter J, Hecimovic A, De los Arcos T, Böke M, Schulz-von der Gathen V
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1088/0022-3727/46/8/084007) - Target implantation and redeposition processes during high-power impulse magnetron sputtering of aluminum. Journal of Physics D: Applied Physics. 46(8):084009 (2013)
Will A, De los Arcos T, Corbella C, Hecimovic A, Machura PD, Winter J, et al.
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1088/0022-3727/46/8/084009) - Simultaneous characterization of static and induced magnetic fields in high power impulse magnetron sputtering discharges. Plasma Sources Sci. Technol., 23, 065043) (2014)
Machura P D, Hecimovic A, Gallian S, Winter J and de los Arcos T
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1088/0963-0252/23/6/065043) - The characteristic shape of emission profiles of plasma spokes in HiPIMS: the role of secondary electrons. J. Phys. D: Appl. Phys. 102003 47 (2014)
Hecimovic A, Böke M, Winter J
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1088/0022-3727/47/10/102003) - Spoke transitions in HiPIMS discharges. Plasma Sources Sci. Technol. 24 045005(2015)
Hecimovic A, Schulz-von der Gathen V, Böke M, von Keudell A and Winter J
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1088/0963-0252/24/4/045005) - Anomalous cross-B field transport and spokes in HiPIMS plasma. Journal of Physics D-Applied Physics 49 18LT01 (2016)
Hecimovic A
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1088/0022-3727/49/18/18LT01) - Spoke rotation reversal in magnetron discharges of aluminium, chromium and titanium. Plasma Sources Sci. Technol. 25 035001 (2016)
Hecimovic A, C Maszl, V Schulz-von der Gathen, M Böke and A von Keudell
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1088/0963-0252/25/3/035001) - Two dimensional spatial Argon metastable dynamics in HiPIMS discharges. Journal of Physics D-Applied Physics 49 125203 (2016)
Kanitz A, Hecimovic A, Böke M, Winter J
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1088/0022-3727/49/12/125203)
