10 Dinge, die Sie über das Hochleistungs-Impuls-Magnetron-Sputtern (HiPIMS) wissen sollten

1. Beim HiPIMS wird die Leistung gepulst eingebracht, was zu einer hohen Spitzenleistung während der Pulseinschaltzeit führt. Das Target wird während der Pulsausschaltzeit gekühlt. Dadurch vermeidet man eine Überhitzung des Targets (Beschichtungsquelle).


2. Die Spitzenleistungsdichte liegt im Bereich von einigen kW.cm-2 im Vergleich zu einigen W.cm-2 beim konventionellen Magnetron-Sputtern (dcMS).


3. Infolgedessen ist die Plasmadichte um 3 Größenordnungen höher als beim dcMS, was die Ionisierungswahrscheinlichkeit durch Elektronenstöße erheblich erhöht und die Ionisierung der gesputterten Teilchen ermöglicht.


4. Der Ionisierungsanteil der gesputterten Teilchen ist eine Funktion des Targetmaterials und der Spitzenleistung am Target. Der Ionisierungsanteil ist niedrig für Elemente mit niedrigem Elektronenstoß-Ionisierungsquerschnitt (σi) und hohem Ionisierungspotenzial (IP) wie Kohlenstoff (4,5%), aber hoch für Elemente mit hohem σi und niedrigem IP wie Titan (90%).


5. Es ist möglich, den Ionisierungsanteil für Materialien wie Kohlenstoff zu erhöhen, indem die Pulslänge erhöht wird. Insbesondere für die DLC-Beschichtung wünschenswert, um den Gehalt an sp3-Bindungen zu erhöhen.


6. Der hohe Ionisierungsgrad führt zu einem hohen Ionenfluss in Richtung des wachsenden Films, der die Beschichtungseigenschaften verbessert und gleichzeitig die Subplantation von Argon-Atomen vermeidet, die durch den Fluss von Argon-Ionen in Verbindung mit einer hohen Bias-Spannung entsteht.



CrN coatings deposited by DCMS vs HiPIMS PVD

CrN-Schichten, abgeschieden durch DC-Magnetron-Sputtern unter Verwendung eines konventionellen Magnetronaufbaus (A) und eines optimierten Aufbaus in Bezug auf Gleichgewicht und Stärkekonfigurationen (E) sowie durch HiPIMS unter Verwendung von drei Pulskonfigurationen mit ansteigenden Spitzenstromdichten von (B) bis (D) und unter Verwendung der Konfiguration in (C) für den optimierten Magnetronaufbau (F).

Referenz: J.Alami et al. / Surface & Coatings Technology 255 (2014) 43-51



7. Die Abscheiderate bei HiPIMS ist im Vergleich zum konventionellen Sputtern niedriger, vor allem bei der Metallabscheidung aufgrund der Selbsputtern ("self-sputtering"), die sich aus der Tatsache ergibt, dass die Metallionen durch die negative Vorspannung angezogen werden.


8. Die Abscheidung von chemischen Verbindungen mit reaktivem HiPIMS kann zu einer hohen Abscheiderate führen, da der Hystereseeffekt verringert wird.