Ionenunterstütztes Sputtern in HIPIMS
In dem vorliegende Artikel wird über neue Erfahrungen bei Sputterprozessen mit hoher Ionendichte („Enhanced Ionization Sputtering”︁, EIS) – besser bekannt unter dem Namen “High Power Pulsed Magnetron Sputtering” (HIPIMS) – berichtet. Das EIS‐Konzept beschreibt einen Bereich des Plasmas in dem eine höhere Plasmadichte vorherrscht als in konventionellen Plasmen und in dem sowohl der Ionisationsgrad der Gasteilchen als auch der gesputterten Atome größer ist.
Diese besonderen Eigenschaften des Plasmas resultieren aus der Pulsung der Leistung an der Sputterquelle (Target) im Frequenzbereich von einigen zehn bis hundert Hz und einer kurzen Arbeitszyklusdauer (duty time) von ca. 10 %. Dies kann bei entsprechender Ausstattung des Pulsers (z.B. iPulse, INI coatings Ltd.) zu enormen hohen (∼5 A/cm2) Stromdichten führen. Die daraus resultierenden Elektronendichten können zwei bis vier Größenordnungen höher sein als die mit konventionellen Sputterplasmen erzielten, während der korrespondierende Ionisationsgrad des Targetmaterials beispielsweise bis zu 90 % für Ti reicht.
Die EIS‐Plasmen eröffnen damit vielzählige Möglichkeiten für Beschichtungen, die mit herkömmlichen Plasmen nicht erreicht werden können. So kann dann auch nicht von dem HIPIMS‐Plasma an sich gesprochen werden, sondern eher von einem Konzept für Ionisation (EIS), das unter Berücksichtigung der jeweiligen Anwendungsanforderung angepasst werden muss. Zur Vereinfachung wird der Begriff HIPIMS in diesem Artikel sowohl für das Konzept als auch die Technik verwendet.