Startseite > Anwendungen > Schichten aus komplexen Legierungen und Verbindungen

Hohlkathodenverfahren

Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik

Hohlkathoden Rundquelle in Betrieb

Schichten aus komplexen Legierungen und Verbindungen

Unter allen Beschichtungsverfahren bietet die Kathodenzerstäubung (Sputtering) das größte Materialspektrum bei der Abscheidung anorganischer Schichten. Aufwand und Schwierigkeiten beim Anfertigen der entsprechenden Sputtertargets behindern jedoch häufig die Herstellung komplex zusammengesetzter Schichten. Viele Metalle sind nicht oder nur schlecht miteinander mischbar, und spröde Legierungen, vor allem intermetallische Verbindungen, sind oft schwer zu bearbeiten oder brechen im Betrieb. Außerdem erfordert jede gewünschte Änderung der Schichtzusammensetzung oder ihre iterative präzise Einstellung auf einen bestimmten Wert meist die zeit- und kostenintensive Herstellung eines neuen Targets.

Die Gasfluss-Sputtertechnik bietet hier eine effiziente Lösung. Durch den gasstrombestimmten Materialtransport werden abgestäubte Atome von unterschiedlichen Targetbereichen zuverlässig miteinander vermischt und erreichen in dieser Form die Schichtoberfläche. Dadurch ist es möglich, das Target aus mehreren Segmenten zusammenzusetzen, die aus den jeweiligen Reinelementen bestehen. Der Flächenanteil der einzelnen Segmente bestimmt dann den Gehalt dieses Elementes in der hergestellten Schicht, modifiziert durch die materialspezifische Sputterausbeute des Elementes.

Bei linearen Gasfluss-Sputterquellen können die Targets aus streifenförmigen Segmenten oder auch matrixförmig zusammengesetzt werden. Bei Rundquellen werden ringförmige Segmente verwendet. Auch die Herstellung komplexer keramischer Materialien, beispielsweise Perowskite und Delafossite, ist auf diese Weise möglich. Der Sauerstoff (oder Stickstoff) wird dann als Gas am Quellenausgang zugeführt und der Argon-Gasstrom hält diese Reaktivgase aus der Sputterzone fern.

Wenn die Targetsegmente durch Klemmen (anstelle von Lötbonden) an die wassergekühlten Rückplatten angepresst werden, ist ein leichter Tausch der Segmente und damit eine rasche Änderung der Schichtzusammensetzung möglich. Dies gestattet ein sehr schnelles Materialscreening. Besonders einfach ist dies bei Rundquellen.

Das Gasfluss-Sputtern wurde auf diese Weise bereits erfolgreich zur Optimierung ferro-magnetischer Legierungen sowie zur Entwicklung dekorativer Metall-Legierungen eingesetzt. Auch mehrphasige Legierungsschichten zum Schutz vor Heißgaskorrosion konnten so realisiert werden. Erfolgreiche Beispiele für das Feintuning keramischer Schichten sind die Herstellung von CuAlO2 und CuCrO2 (Delafossite) sowie von Blei-Zirkonat-Titanat (PZT) für piezoelektrische Sensoren und Aktuatoren. Die besondere Herausforderung, vor allem für andere Beschichtungsverfahren, besteht hier in den extrem unterschiedlichen Dampfdrücken von Blei einerseits und Zirkonium und Titan andererseits. Aufgrund der hohen Materialausnutzung des Verfahrens sind insbesondere auch edelmetallhaltige Legierungen kostensparend herstellbar.

Bilder

Zuletzt aktualisiert am: 2013-09-22 21:57:42 CEST
Quelle: http://hohlkathoden.fraunhofer.de/de/anwendungen/komplexe-legierungen-und-verbindungen/
QR-Code