Dünnschichtverdampfer erklärt:Wie sie funktionieren und welche Anwendungen sie haben

Ein Dünnschichtverdampfer ist eine Maschine zur Erzeugung dünner Filme. Durch die Verdampfung oder Sublimation verschiedener Elemente kann ein Dünnschichtverdampfer extrem dünne Schichten von Atomen oder Molekülen auf einem Substratmaterial abscheiden. Die Maschine besteht aus einer Vakuumkammer, einem Heizelement und einer Vorrichtung, die ein Substrat hält und bewegt, während ein dünner Film darauf abgeschieden wird.

Es gibt zwei Hauptarten der Verdampfung, mit denen ein dünner Film erzeugt werden kann. Dabei handelt es sich um Widerstandsverdampfung und Elektronenstrahlverdampfung. Bei beiden Techniken wird ein Zielmaterial in einem Dünnschichtverdampfer erhitzt, bis es entweder verdampft oder sublimiert. Als Gas bewegt sich das Targetmaterial durch eine Vakuumkammer, bis es auf einem Substrat landet und einen dünnen Film bildet. Beide Techniken erfordern, dass die Zielmaterialien so stabil wie ein Gas sind.

Bei der Widerstandsverdampfung wird ein elektrischer Strom durch ein Zielmaterial geleitet, das bei Energiezufuhr heiß wird. Bei ausreichender Hitze verdampft oder sublimiert das Zielmaterial. Gold und Aluminium sind gängige Zielmaterialien, die in Form von Metalldrähten, sogenannten Filamenten, verdampft werden können. Targetmaterialien in Form von Filamenten sind schwierig auf einen Verdampfer zu laden und können nur in kleinen Mengen verarbeitet werden. Ein Dünnschichtverdampfer kann auch dünne Schichten eines Zielmaterials verwenden, die oft einfacher zu verarbeiten sind und beim Verdampfen mehr Material ergeben.

Einige Targetmaterialien sind für die Widerstandsverdampfung ungeeignet, da sie während des Prozesses große Anteile an Feststoffen abgeben können. Wenn diese Feststoffe mit dem dünnen Film kollidieren, der sich auf dem Substrat bildet, können sie dieses zerstören. Das Verdampfen dieser Materialien erfordert die Verwendung einer geschlossenen Heizquelle, die es der gasförmigen Form des Materials ermöglicht, durch kleine Löcher zu entweichen, während Teile der festen Materie in der Heizkammer eingeschlossen werden.

Bei der Elektronenstrahlverdampfung wird das Zielmaterial erhitzt, indem ein Strahl hochenergetischer Elektronen darauf gerichtet wird. Bei dieser Art von Dünnschichtverdampfer wird das Targetmaterial in einem gekühlten Herd gehalten, während es mit Elektronen beschossen und erhitzt wird. Dieses Verfahren ist für Targetmaterialien mit einer sehr hohen Verdampfungstemperatur nützlich, da der fokussierte Energiestrahl das Targetmaterial erhitzen kann, ohne die gesamte Vorrichtung zu erhitzen. Der Behälter mit dem Zielmaterial wird keiner extremen Hitze ausgesetzt, sodass es während des Prozesses nicht schmilzt oder verdampft. Diese Art der Dünnschichtverdampfung erfordert spezielle Ausrüstung und kann recht kostspielig sein.

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