Werkstoffsynthese

Langmuir-Sonde

Die Langmuir-Sonde des Typs Hiden ESP dient zur Ermittlung der Kenngrößen von Niederdruckplasmen, wie sie zum Beispiel in der plasmaunterstützten Dampfphasenabscheidung eingesetzt werden. Sie ist als Drahtprobe mit Wolfram-Sonde ausgeführt; über ein computerunterstütztes Steuerungs- und Datenerfassungssystem können Kenngrößen wie Ionen- und Elektronenströme sowie das Plasmapotential und das Eigenpotential ermittelt werden.

 

Technische Daten:

  • Langmuir-Drahtprobe mit Wolfram-Sonde und Steuer- und Datenerfassungssystem

Sputteranlage AJA

Bei der Laborbeschichtungsanlage „Debbie“ handelt es sich um eine speziell konfigurierte, computergesteuerte Sputteranlage vom Typ ATC 1800 UHV der Firma AJA Int. Sie ist mit vier unbalancierten Magnetron-Sputterquellen ausgestattet, die sowohl im d.c.- als auch im bipolar gepulsten-Modus betrieben werden können. Die 3 Zoll großen Sputterquellen sind mit einem Shuttersystem ausgestattet und können einzeln gekippt werden, um sie optimal auf den Substrathalter auszurichten. Der Substrathalter kann mit einer r.f.-Biasspannung beaufschlagt werden. Eine spezielle Heizung macht es möglich, den Substrathalter sowohl im rotierenden als auch im stationären Betrieb auf bis zu 900°C aufzuheizen. Dies erlaubt die kombinatorische Werkstoffsynthese und ein schnelles Screening neuer Stoffe unter Einsatz kleinster Stoffmengen. Durch leistungsstarke Vakuumpumpen können in der relativ großen Vakuumkammer Drücke von wenigen 10-8 Millibar erreicht werden. Die Computersteuerung erlaubt eine weitestgehend automatische Prozessführung. Neben dem Sputtergas Argon können auch Stickstoff und Sauerstoff während der Beschichtung in die Vakuumkammer eingeleitet werden. Die Laborbeschichtungsanlage eignet sich zum Abscheiden von leitenden und nichtleitenden, magnetischen und unmagnetischen multilagigen Schichten und ist hauptsächlich für Grundlagenforschung ausgelegt.

 

Technische Daten:

  • Dampfquellen: Vier unbalancierte AJA A330 XP UHV Magnetrons (Durchmesser 76 mm) mit Shuttersystemen
  • Generatoren: Vier Hüttinger TP DC 4002 2kW, d.c. oder bipolar gepulst d.c. für Sputtern, AJA 100W r.f -Generator für Bias und Substratvorbehandlung
    Beschichtungstemperatur: 100-900°C
  • Maximale Substratgröße: Plättchen bis zu 150 mm Durchmesser
  • Gase: Argon, Stickstoff, Sauerstoff
  • Schichtbeispiele: TiN, TiAlN, CrN, SiO2, W, Ti, Ta 

Sputteranlage CemeCon

Die CemeCon CC800/9MLT („Conny“) ist eine industrielle Sputteranlage, die mit vier bipolar gepulsten d.c. Magnetrons ausgestattet ist und die Abscheidung von elektrisch leitenden als auch nichtleitenden Schichten ermöglicht. Um den Ionisierungsgrad bei der Substratvorbehandlung zu erhöhen, kann zusätzlich die CemeCon Booster-Technologie angewendet werden. Die maximale Beschichtungstemperatur liegt bei 650°C. Die Anlage ist optimiert für die Hartstoffbeschichtung von Werkzeugen und Bauteilen mit Nitriden und Oxiden. Sie wird sowohl für Grundlagenuntersuchungen als auch zur Vorfeldentwicklung, zur Beschichtung von Prototypen und für Bemusterungen verwendet.

 

Technische Daten:

  • Dampfquellen: Vier unbalancierte Magnetrons (500 x 88 mm)
  • Generatoren: Advanced Energy bipolar gepulste d.c. Generatoren für Sputtern, Bias und Substratvorbehandlung
  • Beschichtungstemperatur: bis 650°C
  • Rotierendes Substratkarussell
  • Maximale Beschichtungshöhe: 500 mm
  • CemeCon Booster-Technologie für erhöhte Ionisation
  • Gase: Argon, Stickstoff, Sauerstoff, Acetylen
  • Beispiele für Schichten: TiAlN, Al2O3

 

Laborbeschichtungsanlage Esmeralda

Die Laborbeschichtungsanlage „Esmeralda“ ist ein Eigenbau zur flexiblen Niedertemperaturabscheidung funktionaler Schichten und zur Plasmaanalyse. In dieser für die Grundlagenforschung genutzten Anlage ist insbesondere die Abscheidung dichter Schichten auf temperaturempfindlichen Substraten von Interesse. Dazu verfügt sie über ein unbalanciertes Magnetron, das sowohl im d.c. als auch im HiPIMS (high power impulse magnetron sputtering) Modus betrieben werden kann, und eine d.c. Lichtbogenquelle. Die Schichtabscheidung kann im Vakuum (Lichtbogen) oder in inerter Ar- bzw. in reaktiver N2- oder O2-Atmosphäre erfolgen. Zur Plasmaanalyse steht eine Langmuir-Sonde zur Verfügung, die örtlich und zeitlich aufgelöste Messungen ermöglicht. Desweiteren wird die Anlage verwendet, um die Erosion von Sputtertargets und Arc-Kathoden in Abhängigkeit des Herstellungsprozesses und der Plasmabedingungen zu untersuchen.

 

Technische Daten:

  • Vakuumkammer: zylindrische Kammer der Firma VACOM (Höhe: 60 cm, Durchmesser: 50 cm) mit einer Turbomolekularpumpe Pfeiffer Vacuum HiPace 700
  • Dampfquelle Sputtern: Unbalanciertes Magnetron Lesker TORUS MagKeeper (Targetdurchmesser: 75 mm) axial verschiebbar (Länge: 40 cm)
  • Generator Sputtern: Pulsgenerator Melec SPIK3000A-10 mit maximaler Leistung von 10 kW; DC-Versorgung Melec GS 30/1000 mit einer Nennleistung von 3 kW
  • Dampfquelle Lichtbogen: Bogenverdampfungsquelle AS-65-M von VTD Vakuumtechnik Dresden (Kathodendurchmesser: 65 mm)
  • Versorgung Lichtbogen: zwei Stromversorgungen von ISA Dresden; ARC Supply 120/24 (Maximalstrom: 120 A, Maximalspannung: 24 V); ARC-Supply 50/60 S (Maximalstrom: 50 A, Maximalspannung: 60 V)
  • Beschichtungstemperatur: Raumtemperatur (keine externe Heizung)
  • Gase: Argon, Stickstoff, Sauerstoff
  • Maximale Substratgröße: flexibel; typisch: von 1 cm x 1 cm bis 5 cm x 5 cm
  • Schichtbeispiele: CrAl(N,O), ZrBx, YBx, LaBx, Hochentropielegierungen (metallisch, nitridisch)
  • Langmuir-Sonde: Impedans Langmuir Spatial Probe mit linearem Schrittmotor (Länge: 45 cm), Zeitauflösung: 12,5 ns

Sputteranlage FHR

Die FHR.Line.600-V („D‘Crystl“) ist eine modular aufgebaute Durchlauf-Sputteranlage für die Beschichtung von flachen Substraten (Glas, Silizium, Polymere) für die Displaytechnologie, für Touchpanels, für die Photovoltaik, die Mikroelektronik und für Architekturglas. Die Anlage verfügt über eine Schleusenkammer und eine kombinierte Vorbehandlungs- bzw. Beschichtungskammer und ist mit einer Rohr- und einer planaren Magnetronkathode ausgestattet. Sie erlaubt die Abscheidung metallischer, nitridischer und oxidischer Schichten und kann sowohl für Grundlagenuntersuchungen als auch zur Vorfeldentwicklung, zur Beschichtung von Prototypen und für Bemusterungen verwendet werden.


Technische Daten:

  • Dampfquelle: eine Rohr- (Durchmesser 125 x 600 mm) und eine planare Magnetronkathode (600 x 130 mm)
  • Generatoren: Advanced Energy d.c. Generator für Sputtern, Advanced Energy r.f. Generator für Substratvorbehandlung
  • Linear beweglicher Substratträger
  • Maximale Substratgröße: 500 x 500 x 12 mm
  • Gase: Argon, Stickstoff, Sauerstoff
  • Beispiele für Schichten: Metalle, Nitride, Oxide

Sputteranlage Josefine

Die Sputteranlage „Josefine II“ ist eine Eigenbau-Laborbeschichtungsanlage, die mit drei auf den rotierenden Substrathalter fokussierten unbalancierten Magnetrons mit Shuttersystemen ausgestattet ist. Die Magnetrons werden mit bipolar gepulsten d.c. Generatoren zur Abscheidung von elektrisch leitfähigen und nicht leitfähigen Schichten betrieben. Die Substrate können beheizt und mit einer d.c. oder bipolar gepulsten d.c. Biasspannung beaufschlagt werden. Zusätzlich kann über ein Helmholtz-Spulensystem die Plasmadichte in Substratnähe beeinflusst werden. Typische Schichtmaterialien sind Metalle, Legierungen, Nitride und Oxide, die als Nanocomposites oder Superlattices abgeschieden werden können. Die Beschichtungsanlage ist für Grundlagenforschung ausgelegt, es können auch Bemusterungen von kleinen Probenplättchen durchgeführt werden.

 

Technische Daten:

  • Dampfquellen: Drei unbalancierte AJA A320 XP Magnetrons (Durchmesser 50 mm) mit Shuttersystemen
  • Generatoren: Drei ENI RPG-50, d.c. oder bipolar gepulst d.c. für Sputtern, Bias und Substratvorbehandlung
  • Beschichtungstemperatur: 100-750°C
  • Maximale Substratgröße: Plättchen bis zu 50 mm Durchmesser
  • Gase: Argon, Stickstoff, Sauerstoff
  • Schichtbeispiele: Mo, TiN, TiN-Ag, TiAlN, TiB2 V2O5, ZrO2

Sputteranlage Margot

Die Sputteranlage „Margot“ basiert auf einer stark modifizierten Vakuumexperimentieranlage des Typs Leybold Univex 300. Sie ist ausgestattet mit einem unbalancierten Magnetron, das über einen d.c. Generator betrieben wird und die Abscheidung von elektrisch leitfähigen Schichten erlaubt. Der Substrathalter ist heizbar und kann mit einer d.c. Biasspannung beaufschlagt werden. Zusätzlich kann über ein Helmholtz-Spulensystem die Plasmadichte in Substratnähe beeinflusst werden. Typische Schichtmaterialien sind Metalle, Nitride, Boride und Karbide. Die Beschichtungsanlage ist für Grundlagenforschung ausgelegt, es können auch Bemusterungen von kleinen Probenplättchen durchgeführt werden.

 

Technische Daten:

  • Dampfquelle: Gencoa PP150 Magnetron mit 150 mm Durchmesser
  • Generatoren: ENI OPT-100 d.c. Generator zum Sputtern, Hypotronics 803-330 für die Substratvorbehandlung, Heinzinger PTN 350-1 für Bias, Heinzinger PTN 125-10 für die Helmholtz-Spulen
  • Beschichtungstemperatur: 100-500°C
  • Maximale Substratgröße: Plättchen bis zu 150 mm Durchmesser
  • Gase: Argon, Stickstoff, Acetylen, Methan
  • Schichtbeispiele: Ti, Cr, TiN, TiB2, TiBN, TiAlN, CrN

Sputterprozessmonitor

Der Sputterprozessmonitor Pfeiffer SPM 200 dient sowohl zur Restgasanalyse und Lecksuche in Hochvakuumanlagen als auch zur Prozessgasanalyse bei Vakuumbeschichtungsverfahren. Er besteht aus einem Quadrupol-Massenspektrometer, das gemeinsam mit einem Turbomolekularpumpstand und einem Datenerfassungs-Computer in einen mobilen Messplatz eingebaut ist und kann als differentiell gepumptes Analysesystem über eine Wellschlauchverbindung an bestehende Vakuumanlagen angeflanscht werden.

 

Technische Daten:

  • Quadrupol-Massenspektrometer-System mit Turbomolekular-Pumpstand
  • Massenbereich: 1 - 100 amu
  • Maximaler Prozessdruck: 10 mbar