Sputter-Maschine für Dünnschicht-Deposition
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Beschreibung [ Sektion bearbeiten ]

Dünnschicht-Einlagen sind für viele verschiedene Dinge. Sie sind für alles aus der mondänen Haushalt Spiegel der komplexen Labor-Umgebungen, die Dünnschicht-Nutzung für Quantenconfinement Übergitterstrukturen benötigt. Dünne Schichten werden auch für Elektronik-Fertigung für Dinge wie Dünnschicht-Transistoren, Widerstände und Kondensatoren verwendet.

Dieser Artikel ist zur Hochspannungs-Sputter-Techniken als Mittel zu einem Dünnfilm-Beschichtung zu erreichen. Es gibt jedoch mehrere andere Methoden der Dünnschicht-Abscheidung wie thermische Verdampfung, Pulsed Laser Deposition und Spin-Coating, um nur einige zu nennen. Die Methode ist abhängig, was Sie erreichen wollen. Sputtern ist eine vielseitige Methode, weil sie eine niedrige Betriebstemperatur erfordert und die Konzepte beteiligt sind nicht allzu schwer zu verstehen. Die Umsetzung jedoch kann ziemlich teuer, je nachdem wie Sie Ihre Materialien.

Ich begann ursprünglich Erforschung Sputtern weil ich einige elektrochromen Glas machen wollen. Hoffentlich wird es bald ein Projekt-Seite auf, wie man es machen werden. Es gibt viele Faktoren, die mich verschieben Arbeiten an der elektrochromen Glas. Die Kosten Anforderungen waren außer Kontrolle, als ich tiefer setzte sich hinein und begann Auszählung aller notwendigen Ausrüstung. Die Chemikalien zwischen den Glasscheiben sind nicht so schwer zu machen oder zu kaufen, aber die wirklich schwierige Teil zu erwerben ist das ITO-Glas (Indium-Zinn-Oxid) oder einem ähnlichen transparenten leitenden Glasscheibe.

Transparente leitfähige Glas wird durch Aufbringen einer dünnen Schicht aus leitendem Material. Oft, was verwendet wird, ist eine Substanz namens Indium-Zinn-Oxid, ITO oder. Die meisten der ITO-Glas-Hersteller in China. Ich konnte zwei Blätter über 1,5 ft von 2.5ft bekommen in der Größe von einem Hersteller in China. Sie gaben sie mir kostenlos als Probe, aber es kostete mich ungefähr $ 150 nur für den Güterverkehr Schiff es aus dem Werk in China. Es war kein Weg vorbei. Das ist, wo ich immer in Sputtern als ein Mittel zur Schaffung meine eigene ITO-Glas begonnen.

Grundsätzlich machen die das ITO-Glas: get a des Trägermaterials (ITO), steckte sie in ein Vakuum und bombardieren sie mit Argon-Plasma-Ionen. Dies wird zu verdrängen die ITO-Atomen, die aus schießen auf das Glas und einen Film zu machen, dass leitend ist. Es ist machbar zu Hause, aber es gibt einige besondere Ausrüstungsgegenstände, die erforderlich sind:

Ultrahochvakuum
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Ohne ein Ultrahochvakuum werden Sie nicht in der Lage sein, um das Plasma zur Abscheidung erforderlich schaffen. Zur Schaffung der richtigen Vakuum müssen Sie zwei Stufen durchzuführen. Die zweite Stufe wird eine "Hochvakuum". Dies wird durch ein gemeinsames Labor Vakuum wie die unten erreicht. Das Vakuum wird Pumpe Luft aus der Kammer es befestigt ist. Die Pumpe gibt diese in die freie Luft des Raumes es in. Sie können diese für überall zwischen $ 150 bis $ 500 finden sitzt. Ebay hat in der Regel einige gute Qualität alten.

Weiter ist die erste Stufe, die die "Ultrahochvakuum" schafft. Dies ist mit einer Turbomolekularpumpe, die den Druck bekommt waaaay bis eine brauchbare Einstellung erreicht. Sie sind sehr teuer bei rund $ 1400. Unten sehen Sie einen Querschnitt auf der linken Seite, die mehrere Blätter, aus denen sich ein Vakuum davon zeigt. Die Umsetzung ist im Diagramm in der Mitte beschrieben. Die "Vorpumpe" bezieht sich hier auf unseren 2. Stufe Vakuumpumpe in den Anmerkungen oben. Ohne die 2. Stufe der Pumpe Turbo konnte nicht erreicht werden Ultrahochvakuum, da die Druckdifferenz ist zu groß zwischen dem Einlass und Auslass. Auf der rechten Seite sieht man diese Art von Vakuum in einer typischen Umgebung.

Vakuumkammer und spezielle Konnektoren
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Wenn Sie zum Erstellen einer Ultrahochvakuum dann die Vakuumkammer Sie wählen und wie Planung sind Sie bauen es sehr wichtig sein wird. Die Vakuumkammer sollte aus rostfreiem Stahl hergestellt werden wegen ihrer Fähigkeit, ein Hochvakuum zu halten. Edelstahl halten kann Hochvakuum, weil es ein ausgasungsarmen Material ist. Jedes Material besitzt auf eine gewisse Menge an Luft. Weitere poröse Metalle festhalten viel mehr sind. Je mehr Luft im Inneren des Materials desto Ausgasung auftreten, wenn Sie versuchen, ein Ultrahochvakuum erhalten wird gefangen. Die Luft in der Metall eingeschlossen ist in die Vakuumkammer Sie daran hindern, die Erreichung der Ultrahochvakuum Drücke erforderlich gesaugt.

Hier sind einige verschiedene Art der Kammern auf Ebay zum Zeitpunkt des Schreibens dieses Artikels:

Für einige wissenschaftliche Verfahren müssen Sie sehr vorsichtig sein Erreichung bestimmter Vakuumdrücke und verhindern, dass Verunreinigungen in das System. Das Vakuum für die Abscheidung benötigt muss nicht perfekt sein. Sie können folgen einige der typischen Techniken verwendet, wie unten dargestellt, aber wenn die Verfahren sind zu unerschwinglich nur Ihr Bestes tun mit dem, was Sie haben. Beachten Sie, dass die strengeren Ihren Anforderungen entspricht, desto teurer wird es. Was wir versuchen zu erreichen ist ein Druck, der niedrig genug, um das Plasma zu bilden.

Um weiter zu verhindern Ausgasungsprobleme die folgenden Techniken verwendet:

  1. Verwenden ausgasungsarmen Materialien wie Glas oder Edelstahl.
  2. Erstellen Sie eine Kammer mit dem kleinstmöglichen Betrag der Oberfläche ausgesetzt, um das Vakuum.
  3. Feuchtigkeit ist ein großer Beitrag zur Ausgasung. Bevor Sie versuchen, Hochvakuum Drücke zu erreichen, sollte die Kammer zunächst bei 200 bis 400 Grad Celsius erhitzt werden, während die Vakuumpumpen ziehen sind ein Vakuum in der Kammer. Ich denke, der ideale Weg, dies zu tun wäre, eine Induktionsheizspule auf der Innenseite der Kammer, die durch die Kammerwände mit Hochvakuum verbunden ist die Verwendung Spannung Durchgangs-Anschlüsse. Idealerweise sollte die Kammer durch Entsättigung jederzeit nach dem Öffnen nach oben gehen. Obwohl ich neugierig zu erfahren, bin, wenn Sie damit durchkommt nicht backen sie jedes Mal.
  4. Für alle Dichtungen an Anschlussstellen der Kammer werden spezielle Ganzmetall-Hochvakuum-Dichtungen verwendet. Dies sind einmalige Robben - sie haben Messerschneiden auf dem Rostfrei-Abschnitte, die über einen Sandwich-Kupfer-Ring. Die Messerschneiden Biss in das Kupfer Schaffung einer Dichtung, die angemessen für Ultrahochvakuum Druck ist.
  5. Alle Oberflächen im Inneren der Kammer sollte so reibungslos wie möglich zu Gruben oder Felsspalten zu vermeiden. Diese können von Schweißverbindungen führen. Schweißnähte sollten über so viel wie möglich geglättet werden. Professional Kammer Hersteller verwenden ein Elektropolierverfahren Verfahren, das im Grunde ist das Gegenteil von Galvanik. Es entfernt eine dünne Schicht von der Oberfläche der Kammer, die es macht sehr glatt.
  6. Versuchen Sie nicht, irgendwelche Riegel auf der Innenseite der Kammer Köpfe, da dies Falle Gas zwischen dem Schraubenkopf und die Kammer ausgesetzt.

Normalerweise, wenn Sie versuchen, Argon-Plasma Sie brauchen, um die Vakuumkammer auf einen Druck von ca. 10-6 Torr erhalten zu schaffen. Danach erreicht ist, können Sie einige Argon in die Kammer fließen, bis der Druck auf ca. 10-3 Torr erhöht wird.

Um für all diese Gasaustausch und Belüftung benötigen Sie Ihre verschiedenen Geräte durch spezielle Vakuum-Röhren und Dichtungen verbunden. Die Rohre in einer Vakuumkammer verwendet wird ebenfalls aus Edelstahl gefertigt. Die Verbindung Dichtungen an jedem Ende eines Rohres ist ein Vakuumflansch genannt. Der typische Vakuum in diesem Fall verwendete Flansch ist die Conflat oder CF-Flansch. Dies wird nachfolgend auf der linken Seite gesehen. Wie bereits erwähnt, endet jedes Gesicht der beiden Paarung der CF-Flansch hat eine Schneide sie auf, in eine weiche Kupferdichtung beißen. Dies schafft eine Dichtung, die zur Erlangung ausreichender ultra Hochvakuum ist. Eine weitere häufige Art ist die KF oder QF. Dieses auf der rechten Seite. Dies ist der ISO-Standard für Quick-Release-Flanschen. Der Name kommt von Klein Flansch (KF) oder Quick Flansch (QF). Die KF-Flansch hat eine Gummidichtung um einen Metallring. Dann ist die Spange passt um den Flansch und sperrt alles dicht.

 Eine CF (Conflat) Rohr und Flansch mit Kupferdichtung.
Eine CF (Conflat) Rohr und Flansch mit Kupferdichtung.
 Ein KF-25 T, O-Ring und Klemme.
Ein KF-25 T, O-Ring und Klemme.

Andere Dinge, die für die Kammer erforderlich sind, werden Instrumente und Fenstern. Instrumente und Spannung Sonden werden mit Hilfe der Kammer Vakuumdurchführung Zubehör beigefügt. Diese können in vielen verschiedenen Formen und Größen nach ihrem Zweck haben. Einige der es drehen und wenden oder Folie in die und aus, während einige von ihnen stationär und nur für Spannung verwendet werden. Hier sind ein paar Hochspannungsdurchführung Begriffe:

 Hochspannungsdurchführung für Vakuum-Kammern.
Hochspannungsdurchführung für Vakuum-Kammern.
 Hochspannungsdurchführung für Vakuum-Kammern.
Hochspannungsdurchführung für Vakuum-Kammern.

Windows sind Viewports im Vakuum Welt bezeichnet. Sie sind genauso wie einen Flansch außer anstelle einer Verlängerung Rohr oder eine Mütze, ist der Viewport von Glas auf seinem Gesicht aus. Die Auflageflächen sind die gleichen wie bei jeder anderen Flansch.

Target Material und zugehörige Ausrüstung
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Das Ziel ist jedes Material, das Sie auf das Substrat Einzahlung vorgenommen. Im Fall von ITO-Glas ein Substrat aus ITO verwendet wird. Diese Ziele kommen in Scheiben ca. 2 cm bis 3 cm im Durchmesser und kostet etwa 300 $.

So halten Sie das Substrat an Stelle benötigen Sie eine sogenannte Quelle Pistole. Die Quelle Pistole (Magnetron) hat auch ein Magnetfeld, das den angeregten Argon-Atomen hält weg von der Oberfläche des Substrats. Das hält das Substrat aus verglühen.

Kaufen Sie online (eBay), könnten Sie es für etwa $ 1500 erhalten. Sie können auch selbst eine Hilfe starken Magneten in die richtige Muster. Hier sind ein paar Beispiele dessen, was ein Magnetronsputterquelle Waffe sieht so aus:

 Magnetronsputterquelle Pistole. Das Ziel Scheibe sitzt in der Mitte.
Magnetronsputterquelle Pistole. Das Ziel Scheibe sitzt in der Mitte.
 Magnetronsputterquelle Pistole. Dieser ist für einen kleineren Durchmesser Quelldisk.
Magnetronsputterquelle Pistole. Dieser ist für einen kleineren Durchmesser Quelldisk.

Die Quelle Pistole auf Wasser als das Plasma wird es deutlich warm gekühlt werden. Um es wassergekühlt benötigen Sie einen Vakuumdurchführung dass ein Rohr, das die Größe des Schlauches, die hinauf zum Ursprung Waffe aufnehmen können muss. Wenn Sie eine Quelle Waffe kaufen dann die Durchführung Rohr ist in der Regel mit dem Kauf inbegriffen. A $ 50 Wasserpumpe erreichen kann die Aufgabe der Versorgung einen stetigen Fluss von Kühlwasser an die Spitze der Quelle Pistole.

Das Substrat ist, was Sie Aufbringen der Dünnschicht-auf. Dies kann ein Silizium-Wafer, Glas, Metall usw. werden ... Bei der Herstellung von Chipstüte ist Sputtern zu beschichten auf Plastiktüten den Innenseiten mit einer Metallfolie verwendet werden. Im Fall von ITO das Substrat ist in der Regel Glas, aber es gibt bestimmte Kunststoffe, die für den flexiblen transparenten leitenden Elemente verwendet werden können. Das Substrat wird mit einer Halterung an der Spitze der Kammer angebracht. Es ist in durch ein Vakuum oder manchmal mit Klebstoffen statt.

Für die Entwicklung eines einheitlichen Film der Substrathalter wird manchmal gedreht mit einer Drehdurchführung an einem Schrittmotor an der Außenseite der Kammer.

Hochspannungsquelle
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Zur Anregung aller Atome von Argon Sie benötigen, um eine hohe Spannung elektrischen Feldes durch die gefundenen Waffe wird. Das schafft das Plasma aus dem Hochvakuum-Argon-Umgebung. Dies sollte etwa 600 Volt (nicht zu hoch) werden auf 1 bis 2 Ampere. Sie können Spannungsversorgungen davon bei eBay oder direkt aus einer Datenquelle Unternehmen, spezialisiert auf sie.

Es gibt zwei Arten von Spannung liefert Ihnen für Sputter verwenden können: DC oder Gleichstrom-und HF-Wechselstrom mit hoher Frequenz. Die DC-Methode ist effektiv, aber die Abscheiderate ist langsam, und weil die Bombardierung des Ziels stetig ist, das Ziel kann überhitzen und zu strukturellen Schäden, die die Lebensdauer der Target-Material verringert. RF ist viel effektiver, weil es das Ziel effizienter nutzt. Leistungsstarke Magnete halten die freien Elektronen in der Nähe der Oberfläche des Targets. Holding alle freien Elektronen in einem Ort erhöht die Wahrscheinlichkeit von ionisierender der Argon-Gas-Moleküle. Als Folge der hohen Konzentration von Ionen, gibt es mehr Bombardement der Target-Material. Dies ermöglicht das Targetmaterial schneller abgeschieden werden auf die Oberfläche des Substrats.

Sie können eine DC-Stromversorgung in diesem Bereich für etwa $ 1200. Sie können einen Hochfrequenz-Stromversorgung für etwa $ 2000.

Andere Materialien
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Die Argon kann von einem Schweißen Supply Store gekauft werden. Der Tank kostet zwischen $ 75 und 150 Dollar. Sobald Sie kaufen den Tank Sie es für etwa $ 40 kann wieder aufzufüllen. Du brauchst auch ein High-Vakuumventil zum Argon Tank mit der Kammer in Verbindung zu treten. Sie können diese Arten von Ventilen für $ 150 bis $ 300 zu bekommen.

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