Simulation des reaktiven Magnetron-Sputterns

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Das reaktive Magnetron-Sputtern ist entscheidend für zahlreiche Beschichtungsprodukte wie energieeffiziente Architekturverglasungen, Displays und Dünnschicht-Photovoltaik. Mit der Hochskalierung der Fertigungskapazitäten steigen die Anforderungen an Präzision und Komplexität der Beschichtungstechnologie. Die bisherige empirische Vorgehensweise zur Prozessoptimierung wird dadurch zeitaufwändiger. In dieser Arbeit werden Modelle für Gasströmungen in dreidimensionalen Sputterrezipienten sowie für die makroskopische Echtzeit-Modellierung reaktiver Sputterprozesse entwickelt. Das auf Monte-Carlo-Methoden basierende Strömungsmodell wird sowohl an analytisch quantifizierbaren Strömungsfällen als auch an realen In-line-Sputterrezipienten validiert. Das makroskopische Modell ermöglicht erstmals eine quantitativ korrekte Beschreibung von Kennlinienfeldern reaktiver Sputterprozesse durch Abgleich mit experimentellen Messdaten. Dadurch entsteht ein neues Werkzeug zur modellgestützten Optimierung, Regelung und Monitorierung dieser Prozesse, was einen erheblichen Teil experimenteller Arbeit zur Prozessoptimierung einsparen kann. Im Rahmen dieser Arbeit wurde zudem eine dynamische Beschichtung eines Testsubstrats in einer In-line-Beschichtungsanlage simuliert, wobei die Druckschwankungen aus der Substratbewegung eine entscheidende Rolle für die Prozessdynamik spielten und das Schichtdickenprofil einer abgeschiedenen ZnO-Schicht in Transportr