Blogbeitrag 26.01.2026

Mehr Stabilität für reaktives HiPIMS durch RF-Superposition

26.01.2026

© FraunhoferIWM
Abb.: HiPIMS-RF-Beschichtungsanlage »Hipster« der Aurion Anlagentechnik GmbH am Fraunhofer IWM (oben) und I-U-Kennlinien (unten). Die Spitzenstromdichte im reinen HiPIMS-Betrieb ist höher als im hybriden HiPIMS/RF-Modus. Zur Orientierung ist eine Spitzenstromdichte von 0,5 A cm-2 eingezeichnet, die oft als Schwellwert für ›echten‹ HiPIMS-Betrieb gebraucht wird. Im Gegensatz zum nicht-reaktiven Modus sind die Spitzenstromdichten bei Reaktivprozessen im reinen HiPIMS-Betrieb im Allgemeinen geringer als im hybriden HiPIMS/RF-Modus.

Alexander Fromm

High Power Impulse Magnetron Sputtering (HiPIMS) bietet erhebliche Vorteile gegenüber etablierten Sputtertechniken wie DC-, MF- oder RF-Sputtern. Dünne Schichten, die mit HiPIMS abgeschieden werden, zeigen verbesserte Eigenschaften, lassen sich jedoch meist nur mit geringeren Raten abscheiden. Zudem neigen reaktive HiPIMS-Prozesse zum Arcing (i.e. unkontrollierte, elektrische Überschläge), was sich negativ auf die Schichtqualität auswirkt. Die Überlagerung unterschiedlicher Plasmaanregungen kann helfen, diese Limitationen zu überwinden.

In unserer Studie haben wir die Superposition von HiPIMS und RF auf einem einzigen Magnetron untersucht und dabei die Spannungs-Strom-Kennlinien, erreichbare Spitzenströme sowie den Einfluss des Drucks auf die Prozessstabilität und die Kathodenspannung für die reaktive und nicht-reaktive Abscheidung von Aluminium in einem Ar/O₂-Plasma analysiert. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Superposition von RF auf HiPIMS einen stabilen Betrieb bei niedrigeren Drücken ermöglicht und das Arcing reduziert. Besonders bemerkenswert ist, dass der Effekt des überlagerten RF auf den Spitzenstrom je nach Prozessmodus unterschiedlich ausfällt: Im reaktiven Sputtern wird der HiPIMS-Spitzenstrom erhöht, während im nicht-reaktiven Modus der Spitzenstrom verringert wird. Dies wird auf die unterschiedlichen sekundären Elektronenemissionen im reaktiven und nicht-reaktiven Modus zurückgeführt.

Die Ergebnisse wurden im Dezember 2025 auf der »Reactive Sputter Deposition Conference 2025« (RSD 2025) in Manchester, UK, einem interessierten Fachpublikum vorgestellt und diskutiert. Aktuelle Arbeiten am MikroTribologie Centrum µTC zielen darauf, die Erkenntnisse in die Entwicklung neuer, leistungsfähiger Barriereschichten einfließen zu lassen.

Sie möchten sich tiefer mit dem Thema befassen? Weitere Informationen finden Sie im folgenden Artikel:

Müller, J.; Swoboda, J.; Burmeister, F.; Fromm, A.; Wirth, M.; Killinger, A.; Ulrich, S., Continuous superposition of high power pulses and radio frequency power on a single magnetron target, Surface and Coatings Technology 521 (2026) Art. 133104 Link

Oder Sie wenden Sich an unsere Kollegen Jonas Müller oder Frank Burmeister.