Sputteranlage Magnotron

[Gerd]

Hallo Gemeinde,

Ich versuche gerade einen Sputter zu bauen, um verschiedene Dinge zu beschichten. Ich konnte zwar schon ein wunderschönes Plasma erzeugen, jedoch eine Beschichtung habe ich noch nicht geschafft.

Versuch 1 DC: Hier habe ich ein Netzteil von einem CO2 Laser den ich noch hatte benutzt. Ein sogenanntes DY130 mit 130 Watt.

Versuch 2 AC. Hier habe ich aus einer Microwelle den Trafo 900 Watt, ausgebaut und einen Bronson VC 3000 Stelltrafo zur Spannungsanpassung vorgeschaltet.

bei beiden versuchen entstand ein wunderschönes Plasma. Jedoch keine Beschichtung. Vielleicht hat von euch jemanden eine Idee woran hier der Fehler liegen könnte.

Nachfolgendes Bild zeigt das Netzteil, dass von meinem CO² Laser stammt.

Nachfolgendes Bild zeigt das Netzteil, dass ich aus einer Microwelle ausgebaut habe

Ziel soll es sein: 3D gedruckte Teile mit einer Schicht zu überziehen.

Für eure Hilfe danke ich jetzt schon.

[axon-F]

Hallo und einen schönen Mittwochnachmittag, hallo Gerd, so ne Sputteranlage ist schon ein Ehrgeiziges - Sportliches Projekt. Wie hast du eigentlich das Magnetron - Ringmagnet - Flachmagnet gebaut - richtige Polung ? Im Anschluss poste ich noch ein Bildchen dazu.

Dein Equipment ist doch schon entsprechend da , fürs DC Sputtern brauchst du eben noch einen HV Gleichrichter. Den Rezipienten- Borsilikatglas- Vorratsglas mit der Anode hast du super hinbekommen , nur wie das ganze auf der Bodenplatte abgedichtet wird, kann man nicht so recht erkennen.

[Lightsource]

Ich denke, du musst auch sehr auf das Vakuum achten, darüber hast du nichts gesagt. Vielleicht mit einer automatischen Regelung, damit es immer gleichmäßig in einem bestimmten Druckbereich bleibt.
Dann natürlich deine Gasfüllung, falls da noch Stickstoff und Sauerstoff drin sind, erzeugt dein Plasma Nitrose Gase bzw. Ozon, das ist beides erstens nicht gesund und zweitens sehr korrosiv. Darum brauchst du ein Inertgas.
Du hast da zwar eine Art Schutzwand drum herum gebaut, aber da ich nicht weiß, inwieweit du das weißt, sage ich es halt: Du brauchst unbedingt einen Explosionsschutz (Implosion heißt es, aber die Splitter fliegen trotzdem nach außen)

[axon-F]

Hallo und einen schönen guten Morgen Allerseits, wie genau hier abgepumpt und mit Argon geflutet wird kapiere ich auch nicht. Vielleicht dient der Festo- Schlauch dazu, normalerweise pumt man ab, in den 2er bis 3er Bereich - 1x10 -3
Bastlerbereich , und flutet bis ? mbar Argon Absolut. Dazu braucht man eben ne Thermovac oder ein genauen Manometer der bis 0 bar Absolut anzeigt.

Ab 0,1 mbar verlieren die Argon- Atome durch den Zusammenstoß so viel Energie, somit können diese keine Atome aus dem Target schlagen. Schaue doch mal bei https://youtube.com/shorts/7CTxdzjCogs?is=f-ckdbW22xjnJWTB
und auf der Homepage nach. Viele herzliche Grüße von axon-F.

[Lightsource]

Ich habe selbst noch nicht gesputtert, aber die Entfernung zwischen den entsprechenden Elektroden und deren Fläche sind natürlich auch noch wichtige Parameter. Aus den Fotos können wir das nur abschätzen.
Und wenn dann mal nebenbei Metall an die Glaswände kommt, wird diese ja auch noch leitend, was den Stromfluss verändert.

[Gerd]

Hallo Gemeinde,

erstmal vielen Dank für die Antworten und auch offene Fragen. Gleichermaßen entschuldige ich mich für die späte Antwort. Ich musste erst meinen Saustall ordnen, um euch Bildlich das gesamte System zu zeigen.

Nachfolgend der gesamte Aufbau:

Erklärung:

• Links ist der Schaltschrank mit dem DC DY13 Netzteil von meinem CO² Laser.
• An der Wand hängt die Steuereinheit vom DY13.
• Dann folgt mein Trafo mit dahinterliegendem Trafo aus der Microwelle.
• Danach folgt die Vakuumkammer.
• Nebenstehend die Vakuumpumpe.
• Der gelbe Eimer dient zur Kühlung des Magnetrons mittels billiger Aquariumpumpe und Erodieröl. Rost im inneren des Magnetrons ist nicht förderlich.
• Ganz rechts seht Ihr das Argon Gas.

Der Ablauf wie ich vorgehe:

Kühlung einschalten. Vakuum wir aufgebaut bis auf -0,95bar. Danach fülle ich die Vakuumkammer mit 4.6er Argon, bis der Druck kleiner -0,05bar ist. Jetzt erzeuge ich wieder ein Vakuum auf -0,95bar und stelle mein Argon Ventil so ein, das sich der Druck bei -0,93bar einpendelt. So sollte weitgehendst alles unerwünschte, aus der Kammer raus sein. Zum Schluss kommt nur noch die Energiezufuhr.

Nachfolgendes Bild zeigt den Aufbau meines Magnetrons.

Wenn es Interessiert, werde ich hier glaube ich einen extra Beitrag machen. Da gibt es so viel zu erklären und zu beachten. Obwohl, es ist eigentlich sehr simpel. Zum Glück habe ich Drehbank und Fräsmaschine und kann alles selbst herstellen.

Die Vakuumkammer:

Hauptbestandteil ist eine Blumenvase vom AKTION für 3,99€. Oben habe ich ein loch mit einem Glasbohrer gesetzt um die Anode durchzuführen. Dann seht Ihr den bauen Pneumatik schlauch, dieser dient dazu das Argon gleichmäßig zu verteilen. Da es sonst zu einem Volumenstrom zur Vakuumpumpe gibt. Dann kommt eine einfache Stahlplatte mit den Durchbrüchen. Unten sind dann noch Vakuummanometer und ein Kugelventil zu sehen, um das ganze wieder zu entlüften. Als zentraler Baustein auf der Stahlplatte sitzt das Magnetron. Abgedichtet wird das ganze mit O-Ringen und dem Vakuum das alles zusammenpresst.

Der durchsichtige Schlauch vorne ist für das Vakuum da. Die blauen Schläuche nach vorne sind für die Kühlung des Magnetrons. Durchsichtiger Schlauch nach hinten geht an die Vakuumpumpe. In 12 Stunden verliere ich -0,01Bar Druck, mit diesem Wert bin ich sehr zufrieden.

Bild zeit die Energieversorgung AC ausgebaut aus einer Microwelle. Manchmal raucht auch das ganze. Daneben die 3 runden Scheiben sind meine Targets für Beschichtungsversuche.

Wie der Teufel es so will. habe ich gerade meine erste Beschichtung geschafft.

Jetzt muss ich natürlich herausfinden, was bei diesem Versuch richtig gelaufen ist.

Antworten auf eure fragen:

@ axon-F: Wie im Bild vom Magnetron zu sehen ist. habe ich einen einfachen Neodym Magneten mit ca. 15kg kraft und Polung Nord nach oben. Eine Version mit Ringmagnet und Mittelmagnet ist in Planung und wird in kürze umgesetzt.

@ Lightsorce: Explosionsschutz wird umgesetzt. Hast völlig recht, es ist schnell was passiert.

Abschluss:

Hoffe ich habe jetzt alle Fragen beseitigt. Trotz heutigem positiven Ergebnis, freu meine erste Beschichtung hat geklappt. Werde ich eure Hilfe benötigen, beim bau der Stromversorgung. Vielleicht wohnt ja jemand in der nähe von Ulm und hat ein Equipment das ich bei einem Besuch testen kann. Ich sollte Stärke und Spannung einstellen können.

Gruß und einen schönen Tag,

Gerd.

[Lightsource]

Super, dann bist du ja schon auf der Zielgeraden.
Für die Vakuummessung kannst du dir ja noch andere Methoden überlegen.
Wärmeleitfähigkeit, oder Ionisations-Vakuummeter etc.

[axon-F]

Hallo und einen schönen guten Morgen, hallo grüß dich Gerd. Super gemacht , ich hätte eher gedacht , man brächte dazu DC und den genauen Argon - Druck im Rezipienten. Erstaunlicherweise ist die Blumen Vase dicht, wegen der Bohrung im Glas , könnte das Ganze auch auseinanderfliegen, wie auch Lightsource schon geschrieben hat. Laborglas - Borsilikatglas - Quarzglas ist da die beste Wahl. Für so ne Homemade DC Sputteranlage habe ich mir mal ein DN 100 Borsilikatglasrohr mit Flansch besorgt . Für Spannungen über 1 KV würde ich doch lieber ein HV - Kabel verwenden, und dem Mot einen entsprechendes Berührungssicheres Gehäuse verpassen, plus nen Isolator- Halter für die HV Kabel. Ich bin da eher etwas übervorsichtig. Die Strombegrenzung ist jetzt nur über die Spannung - Variac, und nicht über ne seperate Drossel ? Mit welchem Strom ist da zu rechnen? Die Spannung - 1 bis 2 KV könnte man über nen hochohmigen Spanunngsteiler messen, oder mit dem Oszi - HV Differenz - Tastkopf ? Nachbau geschieht wie immer auf eigene Gefahr. Viele herzliche Grüße von axon-F.

[Gerd]

Hallo axon-F

DC war meine erste Wahl. Leider habe ich beim DC Plasma einige Probleme, die ich nicht verstehe.

Wenn die Erdung nicht angeschlossen ist. Habe ich das Ergebnis

Und dieses mit Erdung.

Hier fehlt mir einfach die Kenntnis der Materie.

Vor meiner Vase steht inzwischen eine Polycarbonat Scheibe , somit sollte das Splitterrisiko vorerst gelöst sein.Die eigentliche Vakuum kammer die ich nutzen will, ist die da.

Hier hatte ich leider keine guten Ergebnisse.

Das Netzteil kommt noch in ein Gehäuse, sobald ich ne Ahnung habe, wie ich Volt und Amper regeln kann und alles fertig ist.

Gruß Gerd

[Death]

Ich bin da jetzt absolut kein Experte, ich werfe aber einfach mal eine Idee in den Raum.

Nur weil du ein Vakuum erzeugst, bedeutet das noch nicht, das dieses frei von Sauerstoff ist. Sauerstoff klebt wie Scheiße am Schuh an allen Oberflächen. Um dieses loszuwerden, muss die Kammer beim Abpumpen zus. erhitzt werden, dann löst sich der Sauerstoff und kann abgepumpt werden. Eventuell versaut dir also der Restsauerstoff dein Vorhaben.

Du könntest auch mal deine Idee ins Laserfreak Forum stellen unter https://www.laserfreak.net und wenn Diane ( Medusa ) Lust, Laune und Zeit hat, klinkt die sich ein

Gerade für Vakuum und Gas im Unterdruck ist Diane eine perfekte Ansprechpartnerin und bei Hochspannung und Strom sowie Plasma bist du komplett in Dianes Welt

Ideengebende Grüße

Michael

[Death]

Hier kannst du dich vorab schon mal über Dianes Hobby´s informieren. Eine absolut Laserverrückte

Diane's Laser Page

Viel Spaß

[Lightsource]

Also von meiner Arbeit in einem Labor, das Gasanalysen machte, kann ich da etwas dazu sagen.
Eine Sache ist die Feuchtigkeit. Diese muss raus. Du kannst mehrmals evakuieren und mit getrocknetem Ar Gas füllen. Zum Trocknen kannst du getrocknetes CaCl2 verwenden. Oder einfach auch Molekularsieb, so wie es in diesen Trockenbeuteln in manchen Geräten ist. Das sind die kleinen braun/grauen Kugeln. Diese kann man zuvor im Backofen trocknen, und bevor sie abkühlen, luftdicht verschließen. So lange du verdampfbare Feuchtigkeit drin hast, kannst du nicht unter deren Partialdruck kommen.

Dann lange evakuieren, das lässt noch den Rest an Feuchtigkeit verdampfen.
Dann natürlich mit trockenem Argon bis zum gewünschten Druck füllen.
Unsere Massespektrometer mussten wir durchaus mehrere Stunden evakuieren.

Diesen Druck kannst du nicht einfach mit einem handelsüblichen Manometer messen.
Da brauchst du schon etwas genaueres. Du benötigst nämlich einen bestimmten Druckbereich. Zu hohes Vakuum ist nämlich auch nichts, denn was soll da zum Plasma werden, wenn nichts mehr da ist. Und bei zu schlechtem Vakuum können sich die Ionen nicht bewegen, weil sie dauernd aneinander stoßen. Also diesen Bereich musst du irgendwie regeln. So dass genügend Ionen von deiner Quelle zum Ziel gelangen können

[axon-F]

Hallo und einen schönen Samstagnachmittag, hallo grüß dich Gerd. Ein Hochvakum wirst du mit deiner Pumpe und dem Aufbau eh nicht erreichen, deshalb solltest du mehrmals evakuieren und mit Agon spülen. Für die genaue Druckprüfung braucht man ne Thermovac - Pirani Meßröhre mit Anzeigegerät. Schaue dir mal das Bildchen oben an, beim DC Sputtern ist die Anode + das Substrat und die Kathode - das Magnetron - Target. Ich sehe bei dir auch keinen Stromanschuß - Isolierung am Magnetron. Eine andere gute Möglichkeit etwas zu beschichten, ist die Galvanik, hier braucht man aber ne Leitfähige Oberfläche. Einige Youtuber haben hier ihr ganz spezielles coating. Der Vorteil hier, es kann auch ne komplizierte Geometrie - 3 D mit Metall beschichtet werden, für Elektroden und Katalysatoren mit ner hohen Oberfläche - GYROID Struktur .

Es gibt DC - DC Puls und HF Sputtern, mit reiner AC wird das wohl nicht funktionieren, ne andere Frage wäre auch welche Abstände braucht man in der Kammer - Rezipienten. Nachbau geschieht wie immer auf eigene Gefahr. Viele herzliche Grüße von axon-F.