Τι είναι η Sputtering;

Επιμετάλλωση είναι μια διαδικασία με την οποία σωματίδια εκτινάσσονται από ένα υλικό στερεά-στόχο οφείλεται σε βομβαρδισμό του στόχου από ενεργητικά σωματίδια, ιδιαίτερα ιόντων αερίου σε ένα εργαστήριο. Αυτό συμβαίνει μόνο όταν η κινητική ενέργεια των εισερχόμενων σωματιδίων είναι πολύ υψηλότερες από τις συμβατικές πηγές θερμικής ενέργειας (1 eV). Αυτή η διαδικασία μπορεί να οδηγήσει, κατά τη διάρκεια παρατεταμένης ιόντων ή πλάσμα βομβαρδισμό από ένα υλικό, σε σημαντική διάβρωση των υλικών, και έτσι μπορεί να είναι επιβλαβής. Από την άλλη πλευρά, είναι συχνά χρησιμοποιείται για την εναπόθεση λεπτής, χαρακτική και αναλυτικές τεχνικές. Sputtering γίνεται είτε χρησιμοποιώντας τάση DC (DC Sputtering) ή AC τάσης (RF Sputtering). Στο DC Sputtering, τάσης έχει οριστεί από 3-5 kV και σε RF Sputtering, παροχή ηλεκτρικού ρεύματος έχει οριστεί στα 14 MHz. λόγω της εφαρμογής του εναλλασσόμενου ρεύματος, τα ιόντα μέσα στο πλάσμα κυμαίνονται με αποτέλεσμα μια αύξηση στα επίπεδα του πλάσματος.

Φυσικής του ψεκασμού

Φυσική sputteringοδηγείται από την συναλλαγή ορμής μεταξύ των ιόντων και ατόμων σε τα υλικά στόχου, λόγω συγκρούσεων.

Το περιστατικό ιόντα συμψηφιστεί cascades σύγκρουσης στο στόχο. Όταν τέτοια cascades ανάκρουση και να φτάσει στην επιφάνεια του στόχου με μια μεγαλύτερη από την επιφανειακή ενέργεια δεσμευτική ενέργεια, ένα άτομο που θα εξαχθεί, και αυτή η διαδικασία είναι γνωστή ως επιμετάλλωση. Αν ο στόχος είναι λεπτό σε ατομική κλίμακα, τον καταρράκτη της σύγκρουσης μπορεί να φτάσει τη πίσω πλευρά του στόχου και ατόμων μπορεί να ξεφύγει από την επιφανειακή ενέργεια δεσμευτική «στη μετάδοση». Ο μέσος αριθμός των ατόμων που εκτινάσσονται από το στόχο ανά περιστατικό ιόντων καλείται η απόδοση τσιρίζω και εξαρτάται η γωνία προσπίπτουσας ιόντων, η ενέργεια από το ιόν, οι μάζες των ιόντων και προορισμού ατόμων, καθώς και η επιφανειακή δεσμευτική ενέργεια των ατόμων στο στόχο του. Για ένα κρυσταλλικό στόχο τον προσανατολισμό των αξόνων κρυστάλλου σε σχέση με την επιφάνεια του στόχου είναι σχετικό.

Στον πρωτογενή σωματίδια για τη διαδικασία ψεκασμού μπορεί να παρασχεθεί με διάφορους τρόπους: για παράδειγμα, ένα πλάσμα, μιαπηγή ιόντων, έναν επιταχυντή ή από ραδιενεργό υλικό που εκπέμπουν σωματίδια άλφα.

Ένα μοντέλο για την περιγραφή sputtering στο καθεστώς cascade για άμορφο επίπεδη στόχους είναι Thompson αναλυτικό μοντέλο. Ένας αλγόριθμος που προσομοιώνει sputtering βασίζεται σε μια κβαντική μηχανική κατεργασία συμπεριλαμβανομένης απογύμνωση στο υψηλής ενέργειας ηλεκτρόνια υλοποιείται στο πρόγραμμα TRIM.

Ένα διαφορετικό μηχανισμό της φυσικής sputtering είναι θερμότητα ακίδα επιμετάλλωση. Αυτό μπορεί να προκύψει όταν το στερεό είναι αρκετά πυκνό, και, στη συνέχεια, τις εισερχόμενες ιόντων αρκετά βαρύ, που τις συγκρούσεις συμβαίνουν πολύ κοντά μεταξύ τους. Στη συνέχεια την προσέγγιση δυαδική σύγκρουση δεν είναι πλέον έγκυρη, αλλά μάλλον η δαχτυλίου διαδικασία πρέπει να γίνει κατανοητό ως μια διαδικασία πολλών-σωμάτων. Το πυκνό συγκρούσεις προκαλούν μια ακίδα θερμότητας (επίσης ονομάζεται θερμική ακίδα), που ουσιαστικά λιώνει το κρύσταλλο σε τοπικό επίπεδο. Εάν το λιωμένο ζώνη είναι αρκετά κοντά σε μια επιφάνεια, μεγάλους αριθμούς των ατόμων μπορεί να διασκόρπισης λόγω της ροής του υγρού στην επιφάνεια ή/και microexplosions. Θερμότητας ακίδα επιμετάλλωση είναι πολύ σημαντικό για τα βαριά ιόντα (λένε Xe ή Au ή συμπλέγματος ιόντα) με ενέργειες για το εύρος keV – MeV βομβαρδίζουν πυκνό αλλά μαλακά μέταλλα με χαμηλό σημείο τήξης (Ag, Au, Pb, κλπ.). Η θερμότητα ακίδα sputtering συχνά αυξάνει nonlinearly με ενέργεια, και για μικρό σύμπλεγμα ιόντα μπορεί να οδηγήσει σε δραματική sputtering αποδόσεις ανά σύμπλεγμα της τάξης των 10.000.

Φυσική sputtering έχει μια καλά καθορισμένη ελάχιστη ενέργεια όριο ίσο ή μεγαλύτερο από την ιονική ενέργεια κατά την οποία η μέγιστη ενεργειακή μεταφορά το ιόν με ένα άτομο του δείγματος ισούται με την δεσμευτική ενέργεια ενός ατόμου επιφάνειας. Το όριο αυτό είναι συνήθως κάπου στην περιοχή 10 – 100 eV.

Προτιμησιακή sputtering μπορεί να προκύψει κατά την έναρξη, όταν πολυσύνθετα στερεά στόχου είναι βομβαρδιζόμαστε και δεν υπάρχει καμία στερεά κατάσταση διάχυση. Εάν η μεταφορά της ενέργειας είναι πιο αποτελεσματικό σε μία από τις συνιστώσες του στόχου, και/ή λιγότερο έντονα είναι βέβαιο ότι το στερεό, αυτό θα διασκόρπισης πιο αποτελεσματικά από ό, τι το άλλο. Εάν ένα κράμα AB κατά προτίμηση ψεκάζω το στοιχείο Α, η επιφάνεια των στερεών θα, κατά τη διάρκεια παρατεταμένης βομβαρδισμού, γίνει εμπλουτίζεται στο στοιχείο Β, αυξάνοντας την πιθανότητα ότι B είναι έκπτυστων τέτοιες ότι η σύνθεση του υλικού του έκπτυστων τελικά θα επιστρέψει στην ΑΒ.