Sputtering Maskin for Thin-Film Deposition
Retrieved from Get Up! And DIY (http://gdiy.com)

Thin-film innskudd er nyttige for mange forskjellige ting. De er nødvendig for alt fra dagligdagse husholdningen speilet til komplekse lab miljøer som bruker tynne-film for quantum confinement superlattice strukturer. Tynne filmer blir også brukt til produksjon av elektronikk for ting som tynnfilmstransistorer, motstander og kondensatorer.

Denne artikkelen er om høy spenning sputtering teknikker som et middel for å oppnå en tynn-film belegg. Det er imidlertid flere andre metoder for tynn-film deponering som termisk fordampning, pulset laser deponering og spin coating bare for å nevne noen. Metoden som kreves avhenger av hva du prøver å oppnå. Sputtering er en fleksibel metode fordi den krever en lav arbeidstemperatur og begrepene er ikke så vanskelig å forstå. Implementering imidlertid kan være ganske dyre, avhengig av hvordan du får ditt materiale.

Jeg opprinnelig begynte å forske sputtering fordi jeg ønsker å gjøre noen elektrokromatiske glass. Forhåpentligvis vil det snart bli et prosjekt side på hvordan å gjøre det. Det er mange faktorer som gjorde meg utsette arbeidet med elektrokromatiske glasset. Kostnaden ble kravene spinner ut av kontroll som jeg fikk dypere inn i den og begynte tallying opp alt nødvendig utstyr. Kjemikaliene mellom glassene er ikke så vanskelig å lage eller kjøpe, men den virkelig vanskelige delen å tilegne seg er ITO glass (indium tin oxide) eller noe lignende transparent drive glass ark.

Gjennomsiktig ledende glass er laget ved å påføre en tynn film av ledende materiale. Ofte det som er brukt er et kompleks kalt Indium-Tin-Oxide, eller ITO. De fleste av ITO glass produsenter er lokalisert i Kina. Jeg klarte å få to ark om 1.5ft av 2.5ft i størrelse fra en produsent i Kina. De ga dem til meg gratis som en prøve, men det kostet meg rundt $ 150 bare for å frakt sende den fra fabrikken i Kina. Det var ingen vei utenom det. Det er her jeg begynt å få inn sputtering som et middel til å skape min egen ITO glass.

I utgangspunktet, for å gjøre det ITO glasset: få en underlaget materiale (ITO), legg den i et vakuum, og bombardere den med argon plasma ioner. Dette vil løsne ITO atomene som skyter av på glasset og lage en film som er ledende. Det er gjør-stand hjemme, men det er noen spesielle deler av utstyret som er nødvendig:

Ultrahøyvakuumprodukter
[ redigere denne seksjonen ]

Uten en ultra høyvakuum miljø du ikke vil være i stand til å opprette plasma kreves for deponering. For å skape den riktige vakuum du trenger for å utføre to etapper. Den andre fasen vil skape et "høyt vakuum". Dette gjøres ved hjelp av en felles lab vakuum som de nedenfor. Vakuumet vil pumpe luft ut av kammeret den er koblet til. Pumpen utganger dette i det fri i rommet den sitter i. Du kan finne disse for alt mellom $ 150 til $ 500. Ebay har vanligvis noen god kvalitet brukes seg.

Neste er første trinn som skaper "ultra high vakuum". Dette gjøres med en turbo-molekylær pumpe som blir trykket waaaay ned til en brukbar innstilling. De er svært kostbar på rundt $ 1400 gjester. Nedenfor kan du se et tverrsnitt på venstre som viser flere blader som danner et vakuum som dette. Gjennomføringen er beskrevet i diagrammet i midten. Den "backing pumpe" viser her til våre andre etappe vakuumpumpe i notene ovenfor. Uten andre etappe pumpen turboen ikke kunne oppnå den ultra high vakuum fordi trykket differensial er for stor mellom innløp og utløp. På høyre side kan du se denne typen vakuum i en typisk setting.

Vacuum Chamber og spesielle kontakter
[ redigere denne seksjonen ]

Hvis du har planer om å lage en ultra-high vakuum så vakuumkammer du velger og hvordan du konstruerer det vil være svært viktig. Den vakuum kammeret bør være laget av rustfritt stål på grunn av dens evne til å holde et høyt vakuum. Rustfritt stål kan holde et høyt vakuum fordi det er en lav-outgassing materiale. Hver materialet holder på noen mengde luft. Flere porøse metaller holde på mye mer er. Jo mer luft fanget inne i materialet i mer outgassing vil oppstå når du prøver å oppnå en ultra high vakuum. Luften fanget inne i metallet blir sugd inn i støvsugeren kammeret hindrer deg fra å oppnå den ultra high vakuum trykk er nødvendig.

Her er noen ulike type kamre tilgjengelig på Ebay da dette ble skrevet:

For noen vitenskapelige prosedyrer må du være veldig forsiktig med å oppnå bestemte vakuum trykk og hindre at forurensninger kommer inn i systemet. Vakuumet som kreves for deponering prosessen trenger ikke å være perfekt. Du kan følge noen av de typiske teknikkene som brukes som vist nedenfor, men hvis prosedyrene er for kostnadene uoverkommelige bare gjør ditt beste med det du har. Husk at jo mer strenge dine ønsker, desto dyrere blir det. Det vi prøver å oppnå her er et trykk som er lavt nok til at plasma til skjemaet.

For ytterligere å forhindre outgassing problemer følgende teknikker som brukes:

  1. Bruk lav-outgassing materialer som glass eller rustfritt stål.
  2. Lag et kammer med den minste mulige mengde areal utsatt for vakuum.
  3. Fuktighet er en stor bidragsyter til outgassing. Før du forsøker å oppnå høy vakuum trykk, bør kammeret først varmes ved 200 til 400 grader C mens vakuum pumpene trekker et vakuum i kammeret. Jeg tror den ideelle måten å gjøre dette ville være å bruke en induksjon ettervarmebatteri på innsiden av kammeret som er koblet gjennom kammeret vegger ved hjelp av høyt vakuum spenning feed-gjennom kontakter. Ideelt sett bør kammeret gå gjennom offgassing helst etter at det er åpnet opp. Selv om jeg er nysgjerrig på om du kunne slippe unna med ikke steke den hver gang.
  4. For alle tetninger på tilkoblingspunkter i kammeret, er spesielle all-metal high vakuum sel brukte. Dette er ett-tiden sel - de har kniv-kanter på rustfrie deler som sandwich over kobber ringen. Kniven-kantene bite i kobber skape et segl som er tilstrekkelig for superhøye vakuum trykk.
  5. Alle overflater inne i kammeret bør være så smidig som mulig for å unngå hull eller sprekker. Disse kan skyldes sveiseskjøter. Sveiseskjøter bør jevnes ut over så mye som mulig. Profesjonell kammer produsenter bruker en electropolishing prosedyre som er utgangspunktet det motsatte av galvanisering. Det fjerner et tynt lag av overflaten i kammeret som gjør det svært glatt.
  6. Prøv ikke å ha noen bolt hoder eksponert på innsiden av kammeret da dette kan fange gass mellom skruehodet og kammer.

Vanligvis, hvis du prøver å lage argon plasma du trenger for å få vakuum kammeret ned til et trykk på ca 10-6 Torr. Etter det er oppnådd, lar du noen argon gass å strømme inn i kammeret før trykket er økt til om lag 10-3 Torr.

Å tillate alle disse gass utveksling og luftstrøm du må ha ulike apparater tilkoblet via spesielle vakuumrør og sel. Rørene som brukes i et vakuum kammeret er også laget av rustfritt stål. Forbindelsen selene i hver ende av et rør kalles et vakuum flens. Den typiske vakuum flens som brukes i dette tilfellet er Conflat, eller CF flens. Dette er vist nedenfor til venstre. Som nevnt før, ender hver ansikt av de to parring av CF flensen har en knivsegg på det å bite i en myk kobber pakning. Dette skaper en forsegling som er tilstrekkelig for å oppnå svært høy støvsugere. En annen vanlig type er KF eller QF. Se denne på høyre. Dette er ISO-standarden for quick-release flenser. Navnet kommer fra Klein flens (KF) eller Quick flens (QF). Den KF Flensen har en gummipakning rundt en metallring. Da låsen passer rundt flensen og låser alt fast.

 Et CF (conflat) rør og flens med kobber pakning.
Et CF (conflat) rør og flens med kobber pakning.
 En KF-25 tee, o-ring, og klemme.
En KF-25 tee, o-ring, og klemme.

Andre ting som er nødvendig for kammeret er instrumenter og vinduer. Instrumenter og spenning prober er festet til kammeret ved hjelp av vakuum feedthrough tilbehør. Disse kan ha mange forskjellige former og størrelser i henhold til sitt formål. Noen av de vri og slå eller skyve inn og ut mens noen av dem er stasjonære og brukes bare for spenning. Her er et par høy spenning feedthrough elementer:

 High Voltage feedthrough for vakuum kamre.
High Voltage feedthrough for vakuum kamre.
 High Voltage feedthrough for vakuum kamre.
High Voltage feedthrough for vakuum kamre.

Windows kalles viewports i vakuum verden. De er akkurat det samme som en flens unntatt i stedet for en utvide rør eller en cap, er viewport laget av glass på ansiktet sitt. De parring flater er de samme som alle andre flens.

Target materiell og tilhørende utstyr
[ redigere denne seksjonen ]

Målet er laget av materiale som du ønsker å sette på underlaget. I tilfelle av ITO glass et substrat av ITO er brukt. Disse målene kommer i plater ca 2 inches til 3 inches i diameter og koster ca $ 300.

Å holde underlaget på plass du trenger det som kalles en kilde pistol. Kilden gun (magnetron) har også et magnetfelt som holder begeistret argon atomene vekk fra overflaten av underlaget. Som holder underlaget fra brenner opp.

Kjøpe det på nettet (eBay) du kan få den for rundt $ 1500. Du kan også lage en selv ved hjelp av sterke magneter i den riktige oppskriften. Her er et par eksempler på hva en magnetron sputtering kilde gun ser slik ut:

 Magnetron sputtering kilde pistol. Målet plate sitter i midten.
Magnetron sputtering kilde pistol. Målet plate sitter i midten.
 Magnetron sputtering kilde pistol. Denne er for en mindre diameter kilde plate.
Magnetron sputtering kilde pistol. Denne er for en mindre diameter kilde plate.

Kilden pistol må være vannkjølt som plasma skal varme det betydelig. For å holde den avkjølt vann du trenger et vakuum feedthrough som har en pipe som kan romme størrelsen på slangen som fører opp til kilden pistol. Hvis du kjøper en kilde pistol så feedthrough røret er vanligvis følger med kjøpet. En $ 50 vannpumpe kan utføre oppgaven med å levere en jevn strøm av kjølevann til leder av kilden pistolen.

Underlaget er hva du deponerer den tynne-film opp på. Dette kan være en silisiumskive, glass, metall ... etc. I produksjon av potet chip poser, blir sprutende brukes på plastposer å belegge innsiden med et metall film. I tilfelle av ITO underlaget er vanligvis glass, men det er visse plast som kan brukes for fleksibel transparent gjennomføre elementer. Underlaget er festet til en holder på toppen av kammeret. Det holdes på plass av et vakuum eller noen ganger med lim.

Å utvikle en enhetlig film underlaget innehaveren er noen ganger roteres ved hjelp av en roterende feedthrough festet til en stepper motor på utsiden av kammeret.

High Voltage kilde
[ redigere denne seksjonen ]

Å opphisse alle atomene av argon må du sette opp en høy spenning elektrisk felt gjennom kilden pistolen. Som skaper plasma ut av high-vakuum argon miljø. Dette bør være rundt 600 volt (ikke for høyt) på 1-2 ampere. Du kan finne spenning forsyninger som dette på eBay eller rett fra et firma som spesialiserer seg på dem.

Det finnes to typer spenning rekvisita du kan bruke for sputtering: DC, eller likestrøm, og RF, vekselstrøm med høy frekvens. Den DC metoden er effektiv, men smelteytelse er treg, og fordi bombardement av målet er kontinuerlig, kan målet bli overopphetet og forårsake strukturell skade som reduserer levetiden til målet materialet. RF er mye mer effektiv fordi den bruker målet mer effektivt. Høy drevet magneter hold frie elektroner nær overflaten av målet. Holding alle frie elektroner på ett sted, øker sannsynligheten for ioniserende argongass molekyler. Som følge av den høye konsentrasjonen av ioner, det er mer bombardement av målet materialet. Dette gjør at målet materialet som skal avsettes raskere på overflaten av substratet.

Du kan få en DC strømforsyning i dette området for ca $ 1200. Du kan få en RF strømforsyning for ca $ 2000.

Andre materialer
[ redigere denne seksjonen ]

Den Argon kan kjøpes fra en sveising forsyning butikken. Tanken koster mellom $ 75 og $ 150. Når du kjøper den tanken du kan fylle det for rundt 40 dollar. Du trenger også en høy-vakuum ventil for å koble argon tanken til kammeret. Du kan få disse typer ventiler for $ 150 til $ 300.

Andre How-To artikler:

Vakuum info:

Hvor kan man kjøpe utstyr:

General Info:

Sputtering Nedfall:

Kommentarer