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Aufdampfen im Hochvakuum

Dabei wird das zu verdampfende Materi­al, aus dem die Schicht entstehen soll, in einem Gefäß aus hochschmelzendem Me­tall oder Keramik erhitzt, bis es schmilzt und dann verdampft. Es kann aber auch direkt vom festen in den gasförmigen Zustand versetzt werden. Die Verdampfungstemperaturen liegen im Bereich zwischen 1500 und 2000 °C. Die Teilchenenergie bei diesen Verdampfungstemperaturen beträgt ungefähr 0,2 bis 0,3 eV. Somit ist sie erheblich niedriger als beim plasmagestützten PVD-Verfahren. Aufgedampfte Schichten weisen eine erheblich geringere Haftfestigkeit auf als gesputterte* Schichten. Entgegen stehen dem jedoch Schichtzuwachsraten: Sie fallen bei Verdampfungsprozessen um zwei Größenordnungen höher aus als Bei Zerstäubungsvorgängen.

Vorwiegend drei Verfahren werden bei der Herstellung aufgedampfter Schichten eingesetzt:


Widerstandsbeheiztes Verdampfen:


Das zu verdampfende Material wird in ein Schiffchen aus hochschmelzendem Metall (z.B. Wolfram, Tantal, Molybdän) eingefüllt. Das Schiffchen wird zwischen zwei Elektroden ge­spannt und von einem durchfließenden elektrischen Strom erhitzt. Eingesetzt wird dieses Verfahren zum Verdampfen reiner Materialien. Legierungen lassen sich aufgrund unter­schiedlicher Schmelz- und Verdampfungstemperaturen der einzelnen Komponenten nicht ohne Segregationserscheinungen verdampfen, sodass sich die Legierungspartner in der entstehenden Schicht voneinander getrennt aufbauen.


Flash-Verdampfen:


Ein Verfahren zur Verdampfung von chemischen Verbindungen und Legierungen.
Es handelt sich ebenfalls um einen widerstandsbeheizten Vorgang, allerdings wird - im Gegensatz zur vorherigen Vorgehensweise - das Verdampfungsmaterial nicht vorab in das Schiffchen gefüllt. Zuerst müssen die Temperaturen des Schiffchens auf Temperaturen oberhalb der Verdampfungstemperatur des höher verdampfenden Legierungspartners erhöht werden.
Danach lässt man das pulverisierte Verdampfungsmaterial über einen sog. Schwingförderer in das glühen­de Schiffchen rieseln. Beim Auftreffen der einzelnen Legierungspartikel auf die Schiff­chenoberfläche erfolgt dann die sofortige Verdampfung, sodass Segregationserschei­nungen ausgeschlossen sind.


Elektronenstrahl-Verdampfen:


Durch Magnetfelder lenkbare Elektronenstrahlen schmelzen/ verdampfen das Material in einem gekühlten Kupfertiegel. Dieses Verfahren bietet sich zur Herstellung von Legie­rungsschichten aus den Einzelkomponenten an. Man erreicht dies, indem der Elektronen­strahl zwischen zwei Tiegeln mit den einzelnen Komponenten oszilliert. Die genaue Zusammensetzung der Schicht lässt sich durch die Verweildauer des Elektronenstrahls auf den jeweiligen Tie­geln einstellen.

* = Das Sputtern, auch Kathodenzerstäubung genannt, ist ein physikalischer Vorgang, bei dem Atome aus einem Festkörper durch Beschuss mit energiereichen Ionen herausgelöst werden und in die Gas­phase übergehen. (Quelle: WIKIPEDIA)

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