Aufdampfen im Hochvakuum

Zum Aufdampfen im Hochvakuum (10-5 bis 10-6 mbar) wird das zu verdampfende Material, aus dem die Schicht erzeugt werden soll, in einem Tiegel aus hochschmelzendem Metall oder Keramik erhitzt, schmilzt und verdampft. Es kann aber auch direkt vom festen Zustand in den gasförmigen Zustand sublimieren. Die Verdampfungstemperaturen liegen bei 1500 bis

2000 °C. Im Bereich dieser Verdampfungstemperaturen liegt die Teilchenenergie bei ca.

0,2 bis 0,3 eV; sie ist somit erheblich niedriger als beim plasmagestützten PVD-Verfahren. Dadurch bedingt ist die Haftfestigkeit aufgedampfter Schichten erheblich niedriger als die gesputterter Schichten. Dem entgegen stehen jedoch Schichtzuwachsraten, die bei Verdampfungsprozessen um zwei Größenordnungen höher ausfallen als bei Zerstäubungsprozessen. Zur Herstellung aufgedampfter Schichten werden im wesentlichen drei Verfahren verwendet:

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, so dass sich die Legierungspartner in der entstehenden Schicht voneinander getrennt aufbauen.

Flash-Verdampfen:

Mit diesem Verfahren können Legierungen und chemische Verbindungen verdampft werden. Hierbei handelt es sich ebenfalls um ein widerstandsbeheiztes Verfahren, jedoch wird im Gegensatz zum vorherigen Verfahren das Verdampfungsmaterial nicht vorab in das Schiffchen gefüllt, sondern das Schiffchen wird zuerst erhitzt auf Temperaturen oberhalb der Verdampfungstemperatur des höher verdampfenden Legierungspartners; danach lässt man das Verdampfungsmaterial in Pulverform über einen Schwingförderer in das glühende Schiffchen rieseln. Beim Auftreffen der einzelnen Legierungspartikel auf die Schiffchenoberfläche verdampfen diese schlagartig, sodass es nicht zu Segregationserscheinungen kommt.

Elektronenstrahl-Verdampfen:

Mit Magnetfeldern lenkbare Elektronenstrahlen schmelzen und verdampfen das Material in einem gekühlten Kupfertiegel. Dieses Verfahren eignet sich zur Herstellung von Legierungsschichten aus den Einzelkomponenten. Man erreicht dies, indem der Elektronenstrahl zwischen zwei Tiegeln mit den Einzelkomponenten oszilliert. Die Zusammensetzung der Schicht lässt sich durch die Verweildauer des Elektronenstrahls auf den jeweiligen Tiegeln einstellen.