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Sputter Coater    


Wurzelquerschnitt, beschcihtet mit einem Sputter Coater - POLARON / Quorum  - Sputter Coater, Sputtering Coater, Sputter-Coater, Magnetron 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.

Sputter-Coater-Schema.jpg (76729 Byte) - POLARON / Quorum  - Sputter Coater mit Ringtarget, Sputtering Coater, Sputter-Coater, Magnetron Sputter Coater

 

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:

Sputter-Targets - Scheibentarget Ø57mm

  

TK8845 Ø54mm Chromtarget, 0.2 mm dick 

  

TK8846 Wolframtarget, 0.5 mm dick 

TK8862 Chromtarget, 1.5 mm dick 

TK8867 Wolframtarget, 0.2 mm dick

TK8869 Kohlenstofftarget, 1.5 mm dick

TK8870 Kupfertarget, 0.1 mm dick

TK8872 Nickeltarget, 0.1 mm dick

TK8875 Aluminiumtarget, 1.0 mm dick

TK8878 Platin/Palladiumtarget (80/20), 0.1 mm dick

TK8879 Titantarget, 1.5 mm dick

TK8895 Titantarget, 0.5 mm dick

TK8897 Eisentarget, 0.1 mm dick

TK8899 Iridiumtarget, 0.3 mm dick

TK8900 Kobalttarget, 0.1 mm dick

TK8902 Zinntarget, 0.1 mm dick

TK8903 Molybdentarget, 0.1 mm dick

TK8905 Magnesiumtarget, 0.3 mm dick

TK8906 Tantaltarget, 0.1 mm dick

TK8907 ITO Indiumzinnoxidtarget, 3 mm dick

 

TK8859  Goldtarget Au

TK8860  Gold-Palladiumtarget Au/Pd (80/20)

TK8861  Platintarget Pt 

TK8871  Silbertarget Ag

Auswahl an Sputter Coatern

 
EMITECH K550X - Sputter Coater, Sputtering Coater, Sputter-Coater, Magnetron Sputter Coater von GaLa Instrumente GmbH
EMITECH
K550X    **
EMITECH K575X - Sputter Coater, Sputtering Coater, Sputter-Coater, Magnetron Sputter Coater von GaLa Instrumente GmbH
 EMITECH
K575X   **
EMITECH K650X - Sputter Coater, Sputtering Coater, Sputter-Coater, Magnetron Sputter Coater von GaLa Instrumente GmbH
 EMITECH
K650X   ** 
EMITECH K675X - Sputter Coater, Sputtering Coater, Sputter-Coater, Magnetron Sputter Coater von GaLa Instrumente GmbH
EMITECH
K675X   **
POLARON / Quorum SC7640 - Sputter Coater, Sputtering Coater, Sputter-Coater, Magnetron Sputter Coater von GaLa Instrumente GmbH
 Polaron
SC7640   **
POLARON / Quorum SC7680 - Sputter Coater, Sputtering Coater, Sputter-Coater, Magnetron Sputter Coater von GaLa Instrumente GmbH
Polaron
SC7680    **
EMITECH SC3000 Wafer - Sputter Coater, Sputtering Coater, Sputter-Coater, Magnetron Sputter Coater von GaLa Instrumente GmbH
 EMITECH
SC3000 **
Sputtering plasma - Sputter Coater, Sputtering Coater, Sputter-Coater, Magnetron Sputter Coater
 sputtering plasma

    ** Wird nicht mehr gebaut
                           

POLARON / Quorum SC7620 - Sputter Coater, Sputtering Coater, Sputter-Coater, Magnetron Sputter Coater von GaLa Instrumente GmbH
Quorum   
SC7620    
POLARON / Quorum Q150R - Sputter Coater, Sputtering Coater, Sputter-Coater, Magnetron Sputter Coater von GaLa Instrumente GmbH
Quorum   
Q150R
Q150 Sputter Coater Serie mit Vor- oder Turbomolekularpumpe, POLARON / Quorum Q150T - Sputter Coater, Sputtering Coater, Sputter-Coater, Magnetron Sputter Coater von GaLa Instrumente GmbH
Quorum   
Q150T
Q300 Sputter Coater Serie mit sehr großen Rezipent und wahlweise mit 2 oder 3 Targets, POLARON / Quorum SC7640 - Sputter Coater, Sputtering Coater, Sputter-Coater, Magnetron Sputter Coater von GaLa Instrumente GmbH
Quorum   
Q300

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