Supereffektiv metalljonkälla

Nu blir en svensk forskare först i världen med att visa att sputtring med hög effekt kan åstadkomma en användbar jonström som är större än urladdningsströmmen, och dessutom utföras helt utan gas. Den nya tekniken kan avsevärt förbättra existerande processer men öppnar också upp för helt nya typer av tillämpningar, bland annat möjliggörs sputtring i rymden, vilket tidigare varit omöjligt på grund av vakuumet.

Sputtring är en välkänd teknik, som bland annat används för att lägga tunna, funktionella skikt på olika föremål, exempelvis verktyg, kiselskivor för datachip och filmer som möjliggör platta bildskärmar. Vid traditionell sputtring används alltid en gas som joniseras så att joner kan accelereras mot en metall så att atomer slås ut. Nu har man lyckats driva denna process helt utan gas. Sputtringen startas istället av metalljoner och fortsätter sedan med så kallad självsputtring. Studien publiceras i januarinumret av den vetenskapliga tidskriften Physical Review Letters. Bakom studien står Joakim Andersson, nu forskare på Ångströmlaboratoriet vid Uppsala universitet och André Anders vid Lawrence Berkeley National Laboratory i Berkeley, USA.

- Vi har fått helt nya insikter om processens nyckelvillkor. Vi har också lyckats skapa en process som gör att man får ut en större ström av rena kopparjoner än vad som används för att skapa urladdningen, säger Joakim och tillägger att många ledande experter på området inte trodde detta var möjligt.

Men genom att ta fram en teoretisk modell kunde de beskriva att en stor mängd joner skapas i plasmat och att dessa också flödar ut ur plasmat.

- Modellen visade att det var möjligt att skapa mycket höga jonströmmar och att den totala jonströmmen ut ur plasmat växer exponentiellt med spänningen som driver urladdningsströmmen genom plasmat. Detta är riktigt intressant, säger Joakim.

Den nya tekniken öppnar också upp för många nya tillämpningar, bland annat blir det nu möjligt att utföra sputtring i rymden.

- Till exempel skulle man kunna metallisera stora speglar för att koncentrera solljus eller reparera skyddslager mot solstrålning med sputtring. Kanske kan den också fungera som en motor för att vrida på satelliter, men då med fast bränsle istället för den gas som nu används, säger Joakim och tillägger att många av de brister som finns med mer traditionella metoder, då sputtring används, nu kan undvikas, till exempel att sputtergas kommer in i materialet och påverkar dess egenskaper negativt.

- En annan viktig tillämpning blir att metallisera nanostrukturer. Eftersom partikelflödet domineras av joner blir det enklare att få ner material i små strukturer. Med de här stora strömmarna av rena metalljoner kommer det också bli lättare att kontrollera materialet som byggs upp, vilket kan leda till förbättrade materialegenskaper, såsom tätare filmer, hårdare material och att filmerna kan läggas på mer temperaturkänsliga material.

För mer information, vänligen kontakta Joakim Andersson, Institutionen för fysik och materialvetenskap, Ångströmlaboratoriet på tel. 0704-25 08 48; mail Joakim.Andersson@fysik.uu.se

Se också tidskriften på webben: prl.aps.org