Sputter Coater
 Sputter
Coater, oder manchmal auch Kathodenzerstäuber genannt, werden als
Präparationsgeräte im Laborbetrieb häufig in der Rasterelektronenmikroskopie (REM)
häufig eingesetzt. Beim Sputtern (sputter coating) werden Oberflächen
mit einer hauchdünnen Metallschicht benetzt, um sie elektrisch leitfähig
zu machen.
Man unterscheidet Sputter Coater grundsätzlich nach unterschiedlichen
Sputtermethoden:
1. Magnetron-Sputtern (Magnet/Magnetfeld-Sputtern)
2. DC-Sputtern (Gleichstrom-Sputtern)
3. HF-Sputtern (Hochfrequenz-Sputtern)
4. Reaktives Sputtern (beschichten mit Reaktionsproduketen eines
Gasgemisches)
5. Ionenstrahlsputtern (Beschichten durch Abtrag eines Sputtermaterial
mit einem
Ionenstrahl
Die am häufigsten eingesetzte Methode in der Elektronenmikroskopie
ist das Magnetron-Sputtern.
Schema Magnetron Sputter Coater
Bild von Quorum Technologies Ltd.
Die Magnetron-Sputter Coater (auch "Cool Sputter Coater) besitzen im
Sputterkopf, der Kathode, nahe dem zu zerstäubenden Material (Target)
einen für diese Anwendung optimierten Magneten. Er hat die Aufgabe auf
seinen Feldlinien die bei der Ionisation freiwerdenden Elektronen von der
Anode, dem Probentisch, fernzuhalten.
Dadurch werden zwei wichtige Ereignisse beeinflusst:
- Elektronen werden für eine weitere Ionisierung von
Prozessgasionen genutzt
- sie werden von der Anode, auf der die zu beschichtende Probe liegt,
ferngehalten und können somit durch Ihre kinetische Energie (die beim
Auftreffen auf die Probe in Wärme umgewandelt wird) nicht zur
übermäßigen Erwärmung beitragen
Beim Sputter Coating wird ein Rezipient mit einer
Vakuumpumpe evakuiert.
Jetzt wird kontinuierlich ein Prozessgas, vorzugsweise Argon, zugeführt.
Argon hat eine optimale Ionengröße und reagiert als Edelgas chemisch
nicht mit anderen Molekülen.
In einem Vakuumfenster von ca. 1 x 10-1 mbar bis ca. 5 x 10-3
mbar werden in einem elektrischen Feld vorhandenen Prozessgasatome
ionisiert, also ein Plasma gezündet. Die positiven Argonatome werden auf
die Kathode, den Magnetronkopf mit Target, beschleunigt und schlagen aus
dem Target Atome heraus die alle Oberflächen innerhalb des Rezipienten
benetzen. Auch die zu beschichtende Probe.
In der Elektronenmikroskopie benutzt man diese Methode, um elektrisch
nicht leitende Oberflächen elektrisch leitfähig zu machen. Ansonsten
würden nicht leitende Oberflächen die Elektronen aus dem
Elektronenstrahl des Mikroskopes sammeln und sich aufladen. Aufladung
führt dazu, dass man Oberflächen mit einem REM nicht mehr abbilden kann.
Die angestrebten Schichtdicken sind möglichst dünn aber effektiv
elektrisch leitend und haben eine Schichtdicke von 3 - 20 nm (Nanometer). Aus
diesem Grund sind die klassischen Targetmaterialien eines Sputter Coaters
möglichst elektrisch leitfähig und oxidieren nicht, da Oxidschichten
meistens elektrische Nichtleiter sind.
Somit ist das traditionelle Sputter Coater Targetmaterial für elektrisch
leitende Schichten Silber (mäßig, da oxidiert), Gold, Gold/Palladium,
Palladium und Platin (nach Korngöße aufgelistet).
Diese Materialien werden bei einer Spannung zwischen 800-3000 Volt
mit
ca.10 - 50 mA Sputterstrom gesputtert.
Seit einigen Jahren setzten sich allerdings sogenannte Chrom- oder
Hochvakuum-Sputter Coater durch.
Der Vorteil eines solchen Gerätes ist ein weitgehendes
"sauberes" Vakuum durch eine Turbomolekularpumpe und ein sehr
starker Magnetronkopf für das Entfernen der Oxidschicht auf dem
Targetmaterial.
Der maximale Sputterstrom beträgt 150 mA und ist für ein Absputtern der
Oxidschicht sehr effektiv. Es können also Materialien gesputtert werden
die mit einem herkömmlichen Sputter Coater nicht möglich waren.
Obwohl eine Hand voll verschiedener Hersteller Sputter Coater für den
Laboreinsatz anbieten lassen sich die Geräte nicht direkt untereinander
vergleichen.
Die Qualität eines Sputter Coaters muss man an den Ergebnissen für die
hochauflösende Elektronenmikroskopie festmachen.
Sputterschichten für Vergrößerungen bis ca. 60.000-fach gelingen
dagegen mit jedem beliebigen Sputter Coater, gleich welchen
Fabrikats.
Sputter Coater für die Lektronenmikroskopie können allderdings auch für
andere Anwendungen eingesetzt werden. Zum Beispiel für die elektrisch
leitfähige Beschichtung von Glaskapillaren oder metallische
Mehrschichtsysteme oder sogar die definierte Beschichtung von bestimmten
Sonden wie Cantilever.
Mit wenigen Sputter Coatern können oxidierende Materialien / Targets
genutzt werden.
Oxidschichten sind in der Regel elektrische Nichtleiter.
Um eine elektrisch leitende Beschichtung mit hochauflösender Struktur
herzustellen wird die Oxidschicht gegen eine Blende abgesputtert und dann
mit dem elektrisch leitenden Material beschichtet.
Kleiner Leitfaden
für erfolgreiche Sputterschichten.
Hier finden Sie einige gängige Auswahl an Target-Materialien für die Hochauflösungs-Sputter
Coater K575X , Q150T, Q300TT und Q300TD:
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Sputter-Targets -
Scheibentarget Ø57mm
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TK8845
Ø54mm
Chromtarget, 0.2 mm dick
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TK8846 Wolframtarget, 0.5 mm dick
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TK8862 Chromtarget,
1.5 mm dick
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TK8867 Wolframtarget, 0.2 mm dick
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TK8869 Kohlenstofftarget, 1.5 mm dick
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TK8878 Platin/Palladiumtarget (80/20), 0.1 mm dick
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TK8879 Titantarget, 1.5 mm dick
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TK8895 Titantarget, 0.5 mm dick
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TK8897 Eisentarget, 0.1 mm dick
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TK8899 Iridiumtarget, 0.3 mm dick
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TK8900 Kobalttarget, 0.1 mm dick
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TK8902
Zinntarget, 0.1 mm dick
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TK8903 Molybdentarget, 0.1 mm dick
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TK8905 Magnesiumtarget, 0.3 mm dick
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TK8906 Tantaltarget, 0.1 mm dick
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TK8907 ITO Indiumzinnoxidtarget, 3 mm dick
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TK8859
Goldtarget Au
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TK8860 Gold-Palladiumtarget
Au/Pd (80/20)
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TK8861 Platintarget
Pt
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TK8871
Silbertarget Ag
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Auswahl an Sputter Coatern
** Wird nicht mehr gebaut
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(Bild) 
