Vakuumbeschichtungsgerät

Was ein Vakuumbeschichtungsgerät?

Vakuumbeschichtungsgeräte werden für die Vakuumbeschichtung (VD) verwendet, bei der eine Substanz unter vermindertem Druck verdampft wird, um einen Film auf einem Gegenstand zu bilden.

Mit Vakuumbeschichtungsgeräten kann eine glatte Beschichtung auf einem Objekt erzeugt werden, deren Dicke und Zusammensetzung kontrolliert werden kann.

Anwendungen von Vakuumbeschichtungsgeräten

Vakuumbeschichtungsgeräte können zur Herstellung von Schichten auf verschiedenen Materialien verwendet werden, darunter metallische Werkstoffe wie Aluminium und organische/anorganische Materialien.

Vakuumbeschichtungsgeräte werden für folgende Anwendungen eingesetzt:

• Optische Dünnschichten (z. B. Antireflexbeschichtungen auf Linsen, Spezialspiegeln)
• Magnetbänder (z. B. Audio- und Videobänder)
• Halbleiter (z. B. organische EL, LEDs, Solarzellen)
• Elektronische Bauteile (z. B. Widerstände, Kondensatoren, integrierte Halbleiterschaltungen)
• Verpackungsmaterialien für Lebensmittel (z. B. Aluminiumbedampfungsfolie für Snackbeutel)
• Analytische Anwendungen (Probenvorbereitung)

Funktionsweise von Vakuumbeschichtungsgeräten

Eine Rotations- oder Turbomolekularpumpe wird verwendet, um den Druck in der Kammer zu verringern, das aufzudampfende Material zu verdampfen und es auf dem Objekt in einem gewissen Abstand aufzubringen. Durch den reduzierten Druck werden Verunreinigungen aus der Kammer entfernt und die Diffusion des verdampften Materials verbessert, was die Herstellung eines glatten Films mit guter Haftung ermöglicht.

Der Unterschied besteht jedoch darin, dass beim Beschichten das Rohmaterial aus der Flüssigphase zugeführt wird, während beim Verdampfen das Rohmaterial aus der Gasphase zugeführt wird.

Arten von Vakuumbeschichtungsgeräten

Die in Vakuumbeschichtungsgeräten verwendeten Beschichtungsverfahren lassen sich je nach der Methode, mit der die Substanz verdampft wird, in zwei Typen unterteilen: Die physikalische Dampfabscheidung (PVD) und die chemische Dampfabscheidung (CVD). PVD und chemische Gasphasenabscheidung (oder chemische Gasphasenabscheidung, CVD).

1. Physikalische Abscheidung aus der Gasphase (PVD)

Die physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) ist ein Verfahren zur Herstellung von Schichten durch Verdampfen oder Sublimation des Abscheidungsmaterials durch physikalische Mittel wie Erhitzung. Zu den Heizmethoden gehören Elektronenstrahl, Widerstandserwärmung, Hochfrequenzinduktion und Laser.

• Elektronenstrahl-Erwärmung
  Die in einem Tiegel aus feuerfestem Material gelagerten Abscheidungsmaterialien werden durch Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl verdampft. Elektronenstrahlen haben eine hohe Energie und können auf Materialien mit hohem Schmelzpunkt angewendet werden.
• Widerstandsheizung
  Ein elektrischer Strom wird an einen Widerstand, z. B. Wolfram, angelegt, um Wärme zu erzeugen, und das Verdampfungsmaterial wird erhitzt und verdampft, indem man es auf den Widerstand legt. Da es relativ schwierig ist, die Temperatur zu erhöhen, eignet sich diese Methode für Materialien mit einem niedrigen Schmelzpunkt.
• Hochfrequenz-Induktionserwärmung
  Das abgeschiedene Material wird in einen Tiegel gelegt, um den eine Spule gewickelt ist, und durch die Spule wird ein Hochfrequenzstrom geleitet, um ein starkes Magnetfeld zu erzeugen. Der Strom aus dem Magnetfeld und die durch den elektrischen Wärmewiderstand erzeugte Wärme führen zu einer raschen Temperaturerhöhung und zum Verdampfen des Schichtmaterials.
• Laser-Erwärmung
  Durch die Bestrahlung des Abscheidungsmaterials mit einem Laser wird hohe Energie zugeführt, um das Abscheidungsmaterial zu verdampfen.

Plasma- und Molekularstrahlverfahren sind ebenfalls physikalische Aufdampfverfahren.

• Molekularstrahlepitaxie (MBE)
  Diese Methode ermöglicht eine präzisere Kontrolle der Schichtdicke und -zusammensetzung, da die verdampften Moleküle ihre Bewegungsrichtung ausrichten und sich durch Vakuumabscheidung im Ultrahochvakuum in einer geraden Linie bewegen. Aufgrund der langsamen Wachstumsrate und des erforderlichen Hochvakuums ist dieses Verfahren nicht für größere Anlagen geeignet und eignet sich nicht für die Massenproduktion.
• Sputtern
  Wenn ein inertes Gas wie Argon in ein Vakuum eingeleitet und eine Spannung an die Elektroden angelegt wird, um eine Glimmentladung zu erzeugen, stößt das plasmabildende Argon mit der Kathode zusammen und stößt die Atome und Moleküle auf der Kathode ab. Wird das abzuscheidende Objekt auf die Anode gelegt, werden die abgestoßenen Atome auf der Oberfläche abgeschieden. Zu den Ionisierungsverfahren gehören Gleichspannung (DC), Hochfrequenz-Wechselspannung (RF-AC), Magnetrons und Ionenstrahlen.

2. Chemische Abscheidung aus der Gasphase (CVD)

Die chemische Gasphasenabscheidung (CVD) ist ein Verfahren zur Bildung von Schichten durch Abscheidung von Materialien aus der Gasphase auf einem Gegenstand durch eine chemische Reaktion oder ein anderes chemisches Verfahren. Typische Beispiele sind die thermische CVD, die optische CVD, die Plasma-CVD, die metallorganische CVD und die Atomlagenabscheidung (ALD).

• Thermisches CVD
  Bei diesem Verfahren wird ein Ofen mit Widerstandsheizung verwendet, um hohe Temperaturen zu erzeugen, durch die Rohmaterialgase strömen und eine chemische Reaktion auslösen, die zur Bildung einer dünnen Schicht führt. Es kann eine relativ gleichmäßige Schichtdicke erzeugt werden.
• Optisches CVD
  Bei diesem Verfahren werden ultraviolette Lampen oder Laserlicht verwendet, um in einem Niedrigtemperaturprozess eine chemische Reaktion zur Bildung einer dünnen Schicht auszulösen. Da keine Ionen erzeugt werden, wird das Substrat kaum beschädigt.
• Plasma-CVD
  Bei diesem Verfahren wird die Reaktivität des Ausgangsmaterials durch Plasmabehandlung erhöht, wodurch eine Reaktion auf dem Abscheidungstarget ausgelöst und die Schicht gebildet wird. Da die dünnen Schichten bei niedrigen Temperaturen gebildet werden, ist eine hochwertige Abscheidung möglich. Die Anlagen sind jedoch teuer und die Wartung ist schwierig.
• Organometallische CVD
  Bei diesem Verfahren wird ein metallorganischer Vorläufer des aufzudampfenden Metalls als Rohstoff verwendet, der auf dem Aufdampftarget unter Bildung einer Metallschicht reagiert. Dieses Verfahren wird für die Massenproduktion von LEDs und anderen Produkten eingesetzt, da es die Bildung von Schichten mit hoher Geschwindigkeit ermöglicht und gleichzeitig die Schichtdicke genau kontrolliert.
• Atomare Schichtabscheidung (ALD)
  Hierbei handelt es sich um ein Verfahren, bei dem mehrere Arten von Rohstoffen nacheinander abgeschieden und ersetzt werden, so dass die Materialien an einer festen Position selbstgesteuert reagieren und eine dünne Schicht mit kontrollierter Struktur und Dicke bilden.

Darüber hinaus wurden verschiedene andere Methoden von Vakuumbeschichtungsgeräten entwickelt und sind verfügbar. Je nach Anwendung muss die geeignete Anlage ausgewählt werden.