Il metal sputtering è un processo di deposizione al plasma utilizzato per creare film sottili su substrati.
Il processo prevede l'accelerazione di ioni energetici verso un materiale bersaglio, in genere un metallo.
Quando gli ioni colpiscono il bersaglio, gli atomi vengono espulsi o sputati dalla sua superficie.
Gli atomi sputati si dirigono poi verso il substrato e si incorporano in un film in crescita.
Come funziona lo sputtering dei metalli? 5 fasi chiave spiegate
1. Impostazione della camera a vuoto
Il processo di sputtering inizia posizionando il materiale target e il substrato in una camera a vuoto.
Nella camera viene introdotto un gas inerte, come l'argon.
Una sorgente di energia viene utilizzata per ionizzare gli atomi del gas, conferendo loro una carica positiva.
Gli ioni di gas con carica positiva sono quindi attratti dal materiale target con carica negativa.
2. Collisione ionica e sputtering
Quando gli ioni di gas entrano in collisione con il materiale bersaglio, ne spostano gli atomi e li spezzano in uno spruzzo di particelle.
Queste particelle, chiamate particelle sputate, attraversano la camera a vuoto e atterrano sul substrato, formando un rivestimento in film sottile.
La velocità di sputtering dipende da vari fattori, come la corrente, l'energia del fascio e le proprietà fisiche del materiale target.
3. Sputtering con magnetron
Il magnetron sputtering è un tipo specifico di tecnica di sputtering che offre vantaggi rispetto ad altri metodi di rivestimento sotto vuoto.
Permette di ottenere elevate velocità di deposizione, la possibilità di spruzzare qualsiasi metallo, lega o composto, film di elevata purezza, un'eccellente copertura di gradini e piccoli elementi e una buona adesione dei film.
Consente inoltre di rivestire substrati sensibili al calore e di ottenere uniformità su substrati di grandi dimensioni.
4. Trasferimento di energia e sputtering
Nello sputtering magnetronico, una tensione negativa viene applicata al materiale target, attirando ioni positivi e inducendo una grande energia cinetica.
Quando gli ioni positivi collidono con la superficie del target, l'energia viene trasferita al sito reticolare.
Se l'energia trasferita è maggiore dell'energia di legame, si creano atomi primari di rinculo, che possono ulteriormente collidere con altri atomi e distribuire la loro energia attraverso cascate di collisioni.
Lo sputtering si verifica quando l'energia trasferita in una direzione normale alla superficie è maggiore di circa tre volte l'energia di legame della superficie.
5. Applicazioni e vantaggi
In generale, lo sputtering metallico è un processo versatile e preciso utilizzato per creare film sottili con proprietà specifiche come la riflettività, la resistività elettrica o ionica e altro ancora.
Trova applicazione in diversi settori, tra cui la microelettronica, i display, le celle solari e il vetro architettonico.
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