Dünne Schichten

Hochionisierte gepulste Magnetronzerstäubung (HIPIMS)

Schichtabscheidung mit HIPIMS: Blau Farbe als Indiz eines metallischen Plasmas (Argonplasmas ist violett); in situ Messung der elektrischen Leitfähigkeit.
Schichtabscheidung mit HIPIMS: Blau Farbe als Indiz eines metallischen Plasmas (Argonplasmas ist violett); in situ Messung der elektrischen Leitfähigkeit.

Hochionisierte gepulste Magnetronzerstäubung (HIPIMS) ist eine Modifikation des konventionellen Magnetronzerstäubens, bei dem die sehr hohe Leistung im Bereich von Mega-Watt in sehr kurzen Pulsen (10-5 – 10-4 s) an die Kathode angelegt werden. Während der Pulse werden hohe Dichten an ionisiertem Material atomar auf einem Substrat abgeschieden. Der Vorteil der Ionisation ist die Kontrolle der Energie der abgeschiedenen Atome. Der Energiebereich kann gezielt in einem Bereich von wenigen eV bis zu mehreren keV einstellt werden. Energien unter 100 eV beeinflussen Nukleationsprozesse, so dass z.B. erhöhte Oberflächendiffusion und damit epitaktisches Schichtwachstum auch auf gekühlten Substraten erreicht werden kann. Höhere Energiebereiche dienen zur Kontrolle von Korngrößen, Eigenspannungen oder zur gezielten Implantation von Substitutionselementen zur Abstimmung der physikalischen Eigenschaften. Durch flexible Pulsparameter kann der Zeitpunkt und die Menge des aufgebrachten Materials exakt eingestellt werden. Ähnliche Verfahren wie gepulste Laserablation werden ebenfalls in der Gruppe – zum Teil innerhalb von Kooperationen – verwendet.

Charakterisierung und Modellierung von Herstellungs- und Plasma-Prozessen

Zeitlicher Verlauf der Plasmadichte in HIPIMS.
Zeitlicher Verlauf der Plasmadichte in HIPIMS.

Das genaue Verständnis der Herstellungsbedingungen ist ausschlaggebend für die Herstellung von Materialien mit vorhersagbaren Eigenschaften. Das Ziel dieses Schwerpunktes ist es, ein Modell für gepulste Plasmen zu erstellen. Dies ist entscheidend, da die Plasmaeigenschaften und damit die Oberflächenprozesse stark und in komplexerweise parameterabhängig (wie Pulskonfiguration, Gasdruck/-art, Material, Magnetfeld etc.) sind. Detailierte Plasmadiagnostik liefert einerseits die notwendigen Eingangsparameter für die Simulationen, ist aber auch von entscheidender Bedeutung für die Überprüfung der Simulationen.