An introduction to thin film processing using high-power impulse magnetron sputtering
Source abstract
Abstract
High-power impulse magnetron sputtering (HiPIMS) is a promising sputtering-based ionized physical vapor deposition technique and is already making its way to industrial applications. The major difference between HiPIMS and conventional magnetron sputtering processes is the mode of operation. In HiPIMS the power is applied to the magnetron (target) in unipolar pulses at a low duty factor (<10%) and low frequency (<10 kHz) leading to peak target power densities of the order of several kilowatts per square centimeter while keeping the average target power density low enough to avoid magnetron overheating and target melting. These conditions result in the generation of a highly dense plasma discharge, where a large fraction of the sputtered material is ionized and thereby providing new and added means for the synthesis of tailor-made thin films. In this review, the features distinguishing HiPIMS from other deposition methods will be addressed in detail along with how they influence the deposition conditions, such as the plasma parameters and the sputtered material, as well as the resulting thin film properties, such as microstructure, phase formation, and chemical composition. General trends will be established in conjunction to industrially relevant material systems to present this emerging technology to the interested reader.
Source: expertdata · Quality: candidate unverified · Source record ↗
Research context
OpenAlex topics: Metal and Thin Film Mechanics · Semiconductor materials and devices · Copper Interconnects and Reliability
SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.
References (100+)
Show source-provided references
1. 10.1016/j.tsf.2003.11.11310.1016/j.tsf.2003.11.113 ↗
2. 10.1103/PhysRevB.2.54710.1103/PhysRevB.2.547 ↗
3. Bandorf · 2007 · 160
4. 10.1016/j.surfcoat.2011.04.07110.1016/j.surfcoat.2011.04.071 ↗
5. 10.1116/1.57420310.1116/1.574203 ↗
6. 10.1063/1.35205910.1063/1.352059 ↗
7. 10.1016/0040-6090(93)90201-Y10.1016/0040-6090(93)90201-Y ↗
8. 10.1080/1040843920824458610.1080/10408439208244586 ↗
9. 10.1016/S0042-207X(00)00475-910.1016/S0042-207X(00)00475-9 ↗
10. 10.1063/1.180701610.1063/1.1807016 ↗
11. 10.1007/978-3-642-18672-110.1007/978-3-642-18672-1 ↗
12. 10.1063/1.157911210.1063/1.1579112 ↗
13. Mattox · 1998
14. 10.1016/j.surfcoat.2011.01.01910.1016/j.surfcoat.2011.01.019 ↗
15. 10.1088/0963-0252/12/3/30710.1088/0963-0252/12/3/307 ↗
16. 10.1116/1.145125410.1116/1.1451254 ↗
17. 10.1016/j.surfcoat.2008.05.00910.1016/j.surfcoat.2008.05.009 ↗
18. 10.1063/1.352598610.1063/1.3525986 ↗
19. 10.1088/0963-0252/19/2/02501010.1088/0963-0252/19/2/025010 ↗
20. Helmersson · 2005 · 458
21. 10.1002/ppap.20073110110.1002/ppap.200731101 ↗
22. 10.1063/1.297016610.1063/1.2970166 ↗
23. 10.1116/1.57299410.1116/1.572994 ↗
24. 10.1088/0022-3727/42/18/18520210.1088/0022-3727/42/18/185202 ↗
25. 10.1088/0022-3727/44/11/11520110.1088/0022-3727/44/11/115201 ↗
26. 10.1063/1.293841410.1063/1.2938414 ↗
27. 10.1063/1.190629110.1063/1.1906291 ↗
28. 10.1063/1.281781210.1063/1.2817812 ↗
29. 10.1016/j.tsf.2005.12.22510.1016/j.tsf.2005.12.225 ↗
30. 10.1063/1.11017610.1063/1.110176 ↗
31. 10.1209/0295-5075/77/4500210.1209/0295-5075/77/45002 ↗
32. 10.1016/j.vacuum.2009.12.02210.1016/j.vacuum.2009.12.022 ↗
33. 10.1088/0022-3727/41/11/11530610.1088/0022-3727/41/11/115306 ↗
34. 10.1063/1.315195310.1063/1.3151953 ↗
35. 10.1088/0022-3727/42/1/01530410.1088/0022-3727/42/1/015304 ↗
36. 10.1088/0963-0252/18/4/04500810.1088/0963-0252/18/4/045008 ↗
37. 10.1016/S0040-6090(97)00503-810.1016/S0040-6090(97)00503-8 ↗
38. 10.1063/1.215955510.1063/1.2159555 ↗
39. DeKoven · 2003 · 158
40. 10.1116/1.58238210.1116/1.582382 ↗
41. Johnson · 1991
42. 10.1063/1.148178010.1063/1.1481780 ↗
43. 10.1016/j.surfcoat.2009.11.04410.1016/j.surfcoat.2009.11.044 ↗
44. 10.1063/1.269705210.1063/1.2697052 ↗
45. Paulitsch · 2007 · 150
46. 10.1016/j.tsf.2006.07.08910.1016/j.tsf.2006.07.089 ↗
47. 10.1016/j.surfcoat.2010.07.04110.1016/j.surfcoat.2010.07.041 ↗
48. 10.1016/j.tsf.2006.04.05110.1016/j.tsf.2006.04.051 ↗
49. 10.1016/j.tsf.2006.03.03310.1016/j.tsf.2006.03.033 ↗
50. 10.1016/S0257-8972(99)00292-310.1016/S0257-8972(99)00292-3 ↗
51. Thornton · 1978
52. 2. Penning F.M. , U.S. Patent No: 2,146,025 (1939) (German Patent filed 1935).
53. Ohring · 2002
54. 10.1016/S0257-8972(98)00809-310.1016/S0257-8972(98)00809-3 ↗
55. 10.1088/0963-0252/17/3/03502110.1088/0963-0252/17/3/035021 ↗
56. 10.1063/1.165796010.1063/1.1657960 ↗
57. 10.1063/1.293630710.1063/1.2936307 ↗
58. 10.1116/1.186513310.1116/1.1865133 ↗
59. 10.1088/0963-0252/20/3/03502110.1088/0963-0252/20/3/035021 ↗
60. 10.1088/0022-3727/41/5/05520210.1088/0022-3727/41/5/055202 ↗
61. 10.1063/1.201060910.1063/1.2010609 ↗
62. 10.1002/ppap.20093120210.1002/ppap.200931202 ↗
63. 10.1116/1.181813510.1116/1.1818135 ↗
64. Berisch · 1982
65. 10.1016/S0257-8972(00)00883-510.1016/S0257-8972(00)00883-5 ↗
66. 10.1016/j.vacuum.2007.10.01110.1016/j.vacuum.2007.10.011 ↗
67. 10.1063/1.219604810.1063/1.2196048 ↗
68. Tellier · 1982
69. 10.1063/1.216267110.1063/1.2162671 ↗
70. 10.1109/TPS.2005.84502210.1109/TPS.2005.845022 ↗
71. 10.1088/0256-307X/23/1/05210.1088/0256-307X/23/1/052 ↗
72. 10.1088/0963-0252/19/4/04501410.1088/0963-0252/19/4/045014 ↗
73. 10.1103/PhysRevLett.103.22500310.1103/PhysRevLett.103.225003 ↗
74. 10.1016/j.tsf.2004.10.05110.1016/j.tsf.2004.10.051 ↗
75. 10.1016/j.jallcom.2008.08.10410.1016/j.jallcom.2008.08.104 ↗
76. 10.1016/j.tsf.2005.11.01910.1016/j.tsf.2005.11.019 ↗
77. 10.1088/0022-3727/40/1/01810.1088/0022-3727/40/1/018 ↗
78. 10.1016/S0079-6786(00)00006-610.1016/S0079-6786(00)00006-6 ↗
79. 10.1116/1.352894010.1116/1.3528940 ↗
80. 10.1109/TPS.2011.210651610.1109/TPS.2011.2106516 ↗
81. 10.1016/j.surfcoat.2009.11.01310.1016/j.surfcoat.2009.11.013 ↗
82. 10.1116/1.160161010.1116/1.1601610 ↗
83. 10.1116/1.57498810.1116/1.574988 ↗
84. 10.1103/PhysRevB.66.20540110.1103/PhysRevB.66.205401 ↗
85. 27. Söderström D. : Modelling and Applications of the Hollow Cathode Plasma. Doctoral Thesis, Uppsala University, Uppsala, (2008).
86. 10.1209/0295-5075/82/3600210.1209/0295-5075/82/36002 ↗
87. 10.1088/0022-3727/40/7/03710.1088/0022-3727/40/7/037 ↗
88. 10.1016/j.tsf.2007.08.12310.1016/j.tsf.2007.08.123 ↗
89. 10.1116/1.58155310.1116/1.581553 ↗
90. 10.1088/0963-0252/17/2/02500710.1088/0963-0252/17/2/025007 ↗
91. 10.1016/S0257-8972(99)00480-610.1016/S0257-8972(99)00480-6 ↗
92. 10.1016/j.surfcoat.2009.05.04810.1016/j.surfcoat.2009.05.048 ↗
93. 10.1016/S0040-6090(99)00306-510.1016/S0040-6090(99)00306-5 ↗
94. Auciello · 1984
95. 10.1016/j.tsf.2006.10.01310.1016/j.tsf.2006.10.013 ↗
96. Chistyakov · 2007 · 139
97. 10.1016/j.surfcoat.2003.10.00610.1016/j.surfcoat.2003.10.006 ↗
98. 10.1063/1.297317910.1063/1.2973179 ↗
99. 10.1016/S0168-583X(97)00010-410.1016/S0168-583X(97)00010-4 ↗
100. 10.1016/j.tsf.2010.05.06410.1016/j.tsf.2010.05.064 ↗