Sputtern an unserem Institut

  Schematische Darstellung einer Sputterkammer Urheberrecht: I. Physikalisches Institut Schematische Darstellung einer Sputterkammer

Insbesondere bei industriellen Großflächenbeschichtungsanlagen ist es unerlässlich, das Wissen um die Einflüsse all dieser Parameter bereits bei der Konstruktion mit einzubeziehen. Nur so können Schichten mit einer optimalen Qualität produziert und neue, zuvor im Labor entwickelten, Schichtsysteme auf die Großflächenbeschichtung übertragen werden. Aus diesem Grund bietet die Arbeit in der Sputtergruppe nicht nur eine Reihe sehr interessanter Themen im Bereich der Grundlagenforschung von Mikrostruktur, Materialwissenschaft und Prozessmodellierung, sondern auch sehr angewandte, industrienahe Kooperationen und Fragestellungen.

Der Sputtergruppe stehen hierfür drei sehr unterschiedliche Beschichtungsanlagen zur Verfügung. Ein Coater, welcher mit sechs Kathoden ausgestattet ist und dadurch Multilagen aus verschiedensten Materialien ohne Vakuumbruch herzustellen ermöglicht. Bei dem zweiten können durch eine eingebaute Ionenkanone während des Sputterns der wachsende Film mit zusätzlichen energiereichen Ionen beschossen werden, wodurch der Bereich der einstellbaren Mikrostrukturen weiter vergrößert wird, bis hin zur Möglichkeit biaxial texturierte Filme zu erzeugen. Die dritte und zugleich größte Anlage erlaubt es uns, sowohl das Element als auch die Konzentration des Dotanden in einem Target fast beliebig einzustellen und damit sehr einfach Versuchsreihen durchzuführen, welche andernfalls für jede Kombination ein neues Target erfordern würde. Dies wird durch die Verwendung eines seriellen Co-Sputterverfahrens erreicht, bei welchem zwei oder sogar drei Plasmen gleichzeitig in der Anlage existieren. In all diesen Anlagen können verschiedene Sputtervarianten verwendet werden, wie – reaktives – Gleichstrom (DC)-, gepulstes DC-, Radiofrequenz- (RF), aber auch gepulstes Hochleistungs-Magnetronsputtern (High Power Pulsed Magnetron Sputtering, kurz HPPMS).

Die hochpräzise und schnelle Steuerung all dieser Parameter, insbesondere des Sauerstoffgehaltes während des Prozesses, welche entscheidend sind zum Verständnis deren Auswirkungen auf die Schichteigenschaften, ist eine weitere Stärke unserer Gruppe.

Daneben stehen am Institut eine Reihe Methoden zur Nachbehandlung und Analyse dünner Schichten zur Verfügung, wie mehrere Öfen, dazu zwei Röntgenanlagen zur Strukturuntersuchung, Ellipsometrie und UV/VIS Spektrometer zur optischen Charakterisierung, und geheizte elektrische vdP-Messplätze zusammen mit zwei Tieftemperaturmessstände zur Vermessung einer Vielzahl elektrischer Eigenschaften.