Il magnetron sputtering è un processo utilizzato per creare film sottili espellendo atomi da un materiale bersaglio. Questo processo comporta la generazione di plasma, che è uno stato della materia in cui un gas diventa elettricamente carico. Ecco una descrizione semplificata di come viene generato il plasma nello sputtering magnetronico.
6 fasi della generazione del plasma nello sputtering magnetronico
1. Impostazione della camera a vuoto e introduzione del gas
Il processo inizia con la creazione di un vuoto spinto all'interno di una camera a vuoto. In questo modo si evitano i contaminanti e si riduce la pressione dei gas di fondo. Una volta raggiunta la pressione di base, viene introdotto nella camera un gas di sputtering, solitamente argon. La pressione viene mantenuta nell'intervallo di milli Torr mediante un sistema di controllo della pressione.
2. Avvio della generazione del plasma
Tra il catodo (materiale bersaglio) e l'anodo viene applicata un'alta tensione. Questa tensione dà inizio alla generazione del plasma. La tensione necessaria dipende dal gas utilizzato e dalla sua pressione. Per l'argon, il potenziale di ionizzazione è di circa 15,8 elettronvolt (eV).
3. Miglioramento dell'efficienza del plasma con un campo magnetico
Nello sputtering magnetronico, viene aggiunto un campo magnetico chiuso sulla superficie del bersaglio. Questo campo magnetico aumenta l'efficienza della generazione del plasma potenziando le collisioni tra elettroni e atomi di argon vicino alla superficie del bersaglio. Gli elettroni nel plasma si muovono a spirale intorno al bersaglio grazie al campo magnetico, prodotto da magneti posti dietro il bersaglio. Questi elettroni a spirale si scontrano con gli atomi vicini, ionizzandoli e aumentando la produzione e la densità del plasma.
4. Bombardamento ionico e sputtering
Il plasma generato fa collidere gli atomi di gas ionizzati (ioni) con la superficie del bersaglio. Queste collisioni fanno staccare gli atomi dalla superficie del bersaglio, un processo chiamato sputtering. Gli atomi espulsi si depositano sul substrato, formando un film sottile.
5. Variazioni dello sputtering magnetronico
Il metodo di sputtering magnetronico convenzionale concentra il plasma sopra il bersaglio, il che può portare a un elevato bombardamento di ioni e a potenziali danni al film sul substrato. Per attenuare questo problema, si utilizza il metodo di sputtering magnetronico sbilanciato. In questo caso, il campo magnetico è disposto in modo da diffondere il plasma, riducendo la concentrazione di ioni vicino al substrato e migliorando la qualità del film.
6. Tipi di magnetron
I magnetron utilizzati nei sistemi di sputtering possono essere a corrente continua (DC) o a radiofrequenza (RF). La scelta dipende dalla velocità di deposizione desiderata, dalla qualità del film e dalla compatibilità del materiale. I magnetron DC utilizzano un'alimentazione a corrente continua, mentre i magnetron RF utilizzano un'alimentazione a radiofrequenza ad alta frequenza.
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