Lo sputtering ionico è un processo in cui gli atomi vengono espulsi da una superficie solida quando questa viene bombardata da atomi o molecole ionizzati e accelerati.
Questo fenomeno è comunemente utilizzato in varie applicazioni, come la formazione di film sottili su una superficie solida, il rivestimento di campioni e l'incisione ionica.
Che cos'è lo sputtering ionico? 7 punti chiave da comprendere
1. Il processo di sputtering ionico
Il processo prevede la focalizzazione di un fascio di atomi o molecole ionizzate su un materiale target, noto anche come catodo.
Il materiale bersaglio è posto all'interno di una camera a vuoto riempita di atomi di gas inerte.
Il materiale bersaglio viene caricato negativamente, trasformandosi in catodo e facendo fluire da esso gli elettroni liberi.
Questi elettroni liberi entrano in collisione con gli elettroni che circondano gli atomi di gas, allontanandoli e convertendoli in ioni ad alta energia e carica positiva.
2. Il ruolo degli ioni a carica positiva
Gli ioni a carica positiva sono quindi attratti dal catodo.
Quando si scontrano con il materiale bersaglio ad alta velocità, staccano particelle di dimensioni atomiche dalla superficie del catodo.
Queste particelle sputate attraversano la camera a vuoto e atterrano su un substrato, creando un sottile film di ioni bersaglio espulsi.
3. Vantaggi dello sputtering ionico
Uno dei vantaggi dello sputtering ionico è che consente di ottenere un'elevata densità e qualità del film, poiché gli ioni possiedono la stessa direzionalità ed energia.
Questo processo è comunemente utilizzato per la produzione di film sottili di alta qualità per varie applicazioni.
4. Lo sputtering come processo fisico
Lo sputtering è un processo fisico che prevede l'espulsione di atomi da un materiale target allo stato solido alla fase gassosa, bombardando il materiale con ioni energetici, tipicamente ioni di gas nobili.
È comunemente usata come tecnica di deposizione in ambienti ad alto vuoto, nota come sputter deposition.
Inoltre, lo sputtering è utilizzato come metodo di pulizia per preparare superfici di elevata purezza e come tecnica analitica per analizzare la composizione chimica delle superfici.
5. Il ruolo del plasma nello sputtering
Il processo di sputtering prevede l'utilizzo dell'energia di un plasma, che è un gas parzialmente ionizzato, per bombardare la superficie di un materiale bersaglio o catodo.
Gli ioni nel plasma sono accelerati da un campo elettrico verso il bersaglio, provocando una serie di processi di trasferimento di quantità di moto tra gli ioni e il materiale bersaglio.
Questi processi portano all'espulsione di atomi dal materiale bersaglio nella fase gassosa della camera di rivestimento.
6. Il meccanismo dello sputtering
In una camera a bassa pressione, le particelle target espulse possono volare in linea di vista o essere ionizzate e accelerate da forze elettriche verso un substrato.
Una volta raggiunto il substrato, vengono adsorbite e diventano parte del film sottile in crescita.
Lo sputtering è in gran parte guidato dallo scambio di quantità di moto tra gli ioni e gli atomi nel materiale bersaglio a causa di collisioni.
Quando uno ione si scontra con un cluster di atomi nel materiale bersaglio, le successive collisioni tra gli atomi possono provocare l'espulsione di alcuni atomi della superficie dal cluster.
La resa di sputtering, ovvero il numero di atomi espulsi dalla superficie per ogni ione incidente, è una misura importante dell'efficienza del processo di sputtering.
7. Tipi di processi di sputtering
Esistono diversi tipi di processi di sputtering, tra cui il fascio ionico, il diodo e il magnetron sputtering.
Nello sputtering magnetronico, un'alta tensione viene applicata a un gas a bassa pressione, in genere argon, per creare un plasma ad alta energia.
Il plasma è costituito da elettroni e ioni di gas.
Gli ioni eccitati nel plasma colpiscono un bersaglio composto dal materiale di rivestimento desiderato, facendo sì che gli atomi vengano espulsi dal bersaglio e si leghino a quelli del substrato.
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