PVD –

KOMPONENTEN

ROHRKATHODEN
ROHRKATHODEN

ROHRKATHODEN

Sputtering Components, Inc. ist der weltweit führende Anbieter von zu- verlässigen und preiswerten End-blöcken für Rohrkathoden, kompletten Kathodendeckeln und Magnetsystemen nach dem neuesten Stand der Technik. Alle SCI-Produkte ermöglichen dem Endbenutzer schnelle, kostengünstige, hausinterne Wartungsarbeiten. Dies ermöglicht die im Vergleich niedrigsten Gesamtinvestitionskosten. robeko ist exklusiver Vertriebs- und Service-partner von Sputtering Components für Mittel- und Osteuropa.

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PLANARKATHODEN
PLANARKATHODEN

PLANARKATHODEN

Die einzigartigen IONIX Magnetron-Sputterquellen verfügen über eine flexible Architektur, um den teilweise widersprüchlichen Leistungsanforder-ungen der modernen Vakuumbe-schichtungstechnologie gerecht zu werden. Das IONIX-Konzept basiert auf maximaler Zuverlässigkeit, anpass-ungsfähigem Magnetarray-Layout und vielseitigem Design, um sich an die spezifischen Anwendungen des Kunden anzupassen.
robeko ist seit 2017 Vertriebspartner für Thin Film Consulting.

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HF-GENERATOREN
HF-GENERATOREN

HF-GENERATOREN

robeko bietet Produkte der Seren IPS Inc. an, einem führenden Hersteller von elektrischen Generatoren und Zubehör für die Erzeugung und Einspeisung von HF Leistung für Plasma- und andere Anwendungen.
Seren IPS. Inc. sichert durch kontinuierliche Produktentwicklung in Verbindung mit erstklassigem Applications Engineering den Erfolg unserer Kunden.
Der Vertrieb für Seren IPS Inc. in Europa wird gemeinsam mit der RF-Industrie in Großbritannien durchgeführt.

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PULS GENERATOREN
PULS GENERATOREN

PULS GENERATOREN

Die MAGPULS – Puls Generatoren bieten höchste Flexibilität und höchste Leistung für Plasmanitrierungs-prozesse, Vorspannungsanwendungen und Magnetron-Sputtern, einschließ-lich ambitionierter reaktiver und HIPIMS-Prozesse.

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PLASMA MONITORING & PROCESS CONTROL
PLASMA MONITORING & PROCESS CONTROL

PLASMA MONITORING & PROCESS CONTROL

Die Prozesssteuerung ist bei industriellen Plasmaanwendungen unerlässlich, um Zuverlässigkeit und hohe Qualität zu gewährleisten. Das EMICON-System ist ein Plasma-monitorsystem, das auf der optischen Emissionsspektroskopie basiert und in Echtzeit gestattet, die Prozesse in Ihrer Plasmaanwendung zu analysieren, zu optimieren und zu steuern.

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PLASMADIAGNOSTIK
PLASMADIAGNOSTIK

PLASMADIAGNOSTIK

Das exakte Messen von Prozessparametern ist entscheidend für den Erfolg in der Dünnschichttechnologie. In wenigen Bereichen ist die Prozessstabilität und Wiederholbarkeit so wichtig wie bei der Erzeugung von Schichten im Nanometerbereich. Die Mess- und Sensortechnik von impedans ermöglicht Zugang zu Bereichen an der Grenze des Möglichen.

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Physikalische GasphasenabscheidungPVD Komponenten


Quellennachweis: Der folgende Artikel stammt von “Wikipedia, der freien Enzyklopädie” und kann hier aufgerufen werden.


Der Begriff physikalische Gasphasenabscheidung (englisch physical vapour deposition, kurz PVD), selten auch physikalische Dampfphasenabscheidung, bezeichnet eine Gruppe von vakuumbasierten Beschichtungsverfahren bzw. Dünnschichttechnologien.

Anders als bei Verfahren der chemischen Gasphasenabscheidung wird mithilfe physikalischer Verfahren das Ausgangsmaterial in die Gasphase überführt. Das gasförmige Material wird anschließend zum zu beschichtenden Substrat geführt, wo es kondensiert und die Zielschicht bildet.

Verfahren – PVD

Zur Gruppe der Verfahren der physikalischen Gasphasenabscheidung zählen die unten aufgeführten Technologien sowie reaktive Varianten dieser Prozesse.

  • Verdampfungsverfahren
    • Thermisches Verdampfen (auch Bedampfen genannt)
    • Elektronenstrahlverdampfen (engl. electron beam evaporation)
    • Laserstrahlverdampfen (engl. pulsed laser deposition, pulsed laser ablation): Atome und Ionen werden durch einen kurzen intensiven Laserpuls verdampft.
    • Lichtbogenverdampfen (engl. arc evaporation, Arc-PVD): Atome und Ionen werden durch einen starken Strom, der bei einer elektrischen Entladung zwischen zwei Elektroden fließt (wie bei einem Blitz), aus dem Ausgangsmaterial herausgelöst und in die Gasphase überführt.
    • Molekularstrahlepitaxie (engl. molecular beam epitaxy)
  • Sputtern (Sputterdeposition, Kathodenzerstäubung): Das Ausgangsmaterial wird durch Ionenbeschuß zerstäubt und in die Gasphase überführt.
  • Ionenplattieren
  • ICB-Technik (engl. ionized cluster beam deposition, ICBD)

Allgemeine Prozessbeschreibung

pvd

Schematische Darstellung eines PVD-Verdampfungsverfahrens

Allen diesen Verfahren ist gemein, dass das abzuscheidende Material in fester Form in der meist evakuierten Beschichtungskammer vorliegt. Durch den Beschuss mit Laserstrahlen, magnetisch abgelenkten Ionen oder Elektronen sowie durch Lichtbogenentladung wird das Material, das als Target bezeichnet wird, verdampft.
Wie hoch der Anteil an Atomen, Ionen oder größeren Clustern im Dampf ist, ist von Verfahren zu Verfahren unterschiedlich. Das verdampfte Material bewegt sich entweder ballistisch oder durch elektrische Felder geführt durch die Kammer und trifft dabei auf die zu beschichtenden Teile, wo es zur Schichtbildung kommt.

Damit die Dampfteilchen die Bauteile auch erreichen, und nicht durch Streuung an den Gasteilchen verloren gehen, muss im Unterdruck gearbeitet werden. Typische Arbeitsdrucke liegen im Bereich von 10−4 Pa bis ca. 10 Pa.
Da sich die Dampfteilchen geradlinig ausbreiten, werden Flächen, die vom Ort der Dampfquelle aus gesehen nicht sichtbar sind, mit einer geringeren Beschichtungsrate beschichtet. Sollen alle Flächen möglichst homogen beschichtet werden, müssen die Teile während der Beschichtung in geeigneter Weise bewegt werden. Dies geschieht meist durch Rotation des Substrats.

Treffen die Dampfteilchen nun auf das Substrat, beginnen sie sich durch Kondensation an der Oberfläche abzulagern. Die Teilchen bleiben dabei nicht an Ort und Stelle, an der sie auf das Substrat treffen, sondern bewegen sich, je nachdem wie hoch ihre Energie ist, an der Oberfläche entlang (Oberflächendiffusion), um einen energetisch günstigeren Platz zu finden. Dies sind Stellen an der Kristalloberfläche mit möglichst vielen Nachbarn (höhere Bindungsenergie).

Um die Beschichtungsrate und Schichthomogenität zu steigern, werden abhängig vom Beschichtungsprozess und dem abzuscheidenen Material die Anlagen leicht variiert. So wird beispielsweise beim thermischen Verdampfen an die zu bedampfenden Teile eine negative Spannung (Bias-Spannung) angelegt. Diese beschleunigt die positiv geladenen Dampfteilchen bzw. Metallionen (siehe entsprechende Artikel).

Da Verfahren zur physikalischen Gasphasenabscheidung Vakuumbeschichtungen sind, werden sie in der Produktion zumeist im Stapelbetrieb (Batch-Betrieb) betrieben: Chargieren (Befüllen) der Vakuumkammer, Evakuieren, Beschichten, Belüften, Öffnen und Entnahme der beschichteten Teile. Für bestimmte Anwendungen (Beschichtung von Blechen, Fasern oder Drähten und Architekturglas) gibt es jedoch Durchlaufanlagen, bei denen der Unterdruck über ein Schleusensystem erreicht wird und das zu beschichtende Gut kontinuierlich zugeführt wird.

Mit einigen PVD-Verfahren (Magnetronsputtern, Laserstrahlverdampfen, thermische Bedampfung etc.) können sehr niedrige Prozesstemperaturen verwirklicht werden. Dadurch ist es möglich, selbst niedrigschmelzende Kunststoffe zu beschichten.
Der früher bei der Beschichtung von Kunststoffen gefürchtete „Eierschaleneffekt“, d. h. Rissbildung und Ablösung der Schicht aufgrund der zu großen Nachgiebigkeit des Substrats bei punktueller Belastung, konnte zudem durch gezielten Einfluss auf den Schichtaufbau mit Viellagen-Beschichtungen mit biomimetischem Aufbau ähnlich jenem von Muschelschalen minimiert werden.

Schichten – PVD

Mit den verschiedenen PVD-Varianten können fast alle Metalle und auch Kohlenstoff in sehr reiner Form abgeschieden werden. Führt man dem Prozess Reaktivgase wie Sauerstoff, Stickstoff oder Kohlenwasserstoffe zu, lassen sich auch Oxide, Nitride oder Carbide abscheiden.

Verfahren zur physikalischen Gasphasenabscheidung werden vorwiegend zur Abscheidung dünner Schichten im Bereich einiger Nanometer bis hin zu einigen Mikrometern verwendet. Mit der Schichtdicke nehmen auch die Eigenspannungen innerhalb der Schichten zu, was zur Ablösung vom Substrat (Delamination) führen kann.
Dies ist einer der Gründe, weshalb sich mit PVD-Verfahren nicht ohne Weiteres beliebig dicke Schichten herstellen lassen. Forschungsergebnisse des Fraunhoferinstituts IWS in Leipzig zeigen Möglichkeiten auf, Schichtdicken von > 20 µm mit PVD-Verfahren aufzubringen. Dabei werden viele Schichten im nm-Bereich übereinander aufgebracht.[1]

Anwendungen

Schichten der physikalischen Gasphasenabscheidung finden in vielen Bereichen der Industrie Verwendung.

Oberflächenverstärkung

Vor allem im Bereich der spanenden Bearbeitung werden inzwischen größtenteils Werkzeuge aus beschichteten Schneidstoffen eingesetzt. Als Beschichtungen kommen heute vor allem Hartstoffschichten auf Basis von Titannitrid (TiN), Titancarbonitrid (TiCN) oder Titanaluminiumnitrid (TiAlN) zum Einsatz.[2]
Bereits Anfang der 1990er Jahre wurden durch verschiedene Forschungseinrichtungen weitere Einsatzmöglichkeiten im Bereich der Werkzeugbeschichtungen für den Druckguss von Aluminium und Magnesium untersucht.
Bei diesen Anwendungen kommen vor allem chrombasierende Schichtsysteme wie Chromnitrid (CrN), Chromvanadiumnitrid (CrVN) und Chromaluminiumnitrid (CrAlN) zum Einsatz. Beschichtungen aus CrN finden vielfach auch im Korrosionsschutz Verwendung.

Mikroelektronik

PVD-Schichten werden in der Mikroelektronik z. B. zum Erzeugen von Metall- oder (organischen) Halbleiterschichten eingesetzt. Im Bereich der Unterhaltungselektronik werden Datenträger wie Festplatten, CDs und DVDs mit PVD-Verfahren beschichtet.

Oberflächenschutz

Polyethylen-Folien in der Lebensmittelindustrie (z. B. Kartoffelchipstüten) erhalten von innen eine dünne PVD-Schicht als Dampfsperre. In vielen anderen Anwendungen von Kunststoffen (wie. z. B. zum Verschleißschutz, für optische und dekorative Zwecke) finden PVD-Beschichtungsverfahren bei niedrigen Temperaturen (Raumtemperatur) vermehrt Verwendung. Auch Architekturgläser oder Displays werden mit Schutzschichten im PVD-Verfahren überzogen.

Brennstoffzellen

Bei Brennstoffzellen, im Speziellen Festoxidbrennstoffzellen, können die Elektrolyte durch PVD erzeugt werden, um so möglichst dünne Elektrolyte zu erhalten, die die elektrische Leistungsfähigkeit einer Zelle steigern.

Brennelemente

Eine jüngere Anwendung findet sich in der Fertigung von Nuklear-Brennelementen. Hier wird vor dem Cladding mittels PVD eine Sperrschicht aus z. B. Zirkonium auf die Uran-Molybdän-Folien (U-Mo) aufgedampft. Damit wird im Betrieb die unerwünschte Diffusion zwischen Brennstoff (U-Mo) und der Brennelemente-Hülle (Aluminium) verhindert.[3]

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