La velocità di sputtering è una misura della quantità di materiale rimosso da un bersaglio per unità di tempo.
In genere è espressa in termini di monostrati al secondo.
La velocità di sputtering è influenzata da diversi fattori.
Questi fattori includono la resa di sputtering, il peso molare del materiale target, la densità del materiale e la densità della corrente ionica.
5 fattori chiave che influenzano la velocità di sputtering
1. Resa sputtering (S)
La resa di sputtering è il numero di atomi espulsi dal bersaglio per ogni ione incidente.
È un fattore critico in quanto influisce direttamente sulla velocità di rimozione del materiale dal bersaglio.
La resa di sputtering dipende dal materiale del bersaglio, dalla massa delle particelle che lo bombardano e dalla loro energia.
In generale, il rendimento aumenta con la massa e l'energia delle particelle bombardanti nell'intervallo di energia tipico dello sputtering (da 10 a 5000 eV).
2. Peso molare del target (M)
Anche il peso molare del materiale target gioca un ruolo nel determinare la velocità di sputtering.
I materiali con peso molare più elevato avranno tassi di sputtering diversi rispetto ai materiali più leggeri, assumendo che tutti gli altri fattori siano costanti.
3. Densità del materiale (p)
La densità del materiale target influisce sul grado di compattezza degli atomi.
Un materiale più denso avrà più atomi per unità di superficie, il che può influenzare la velocità con cui questi atomi vengono sputati via.
4. Densità di corrente ionica (j)
La densità di corrente ionica si riferisce alla quantità di flusso di ioni che colpisce il bersaglio.
Una maggiore densità di corrente ionica significa che più ioni colpiscono il bersaglio per unità di superficie e per unità di tempo, il che può aumentare la velocità di sputtering.
Rappresentazione matematica della velocità di sputtering
La velocità di sputtering può essere rappresentata matematicamente come: [ \text{Tasso di sputtering} = \frac{MSj}{pN_Ae} ]
In questa equazione, ( N_A ) è il numero di Avogadro e ( e ) è la carica degli elettroni.
Questa equazione mostra che la velocità di sputtering è direttamente proporzionale alla resa di sputtering, al peso molare e alla densità di corrente ionica, e inversamente proporzionale alla densità del materiale e al numero di Avogadro.
Implicazioni pratiche e sfide
Nelle applicazioni pratiche, la velocità di sputtering è fondamentale per controllare la velocità di deposizione e la qualità del rivestimento.
Tuttavia, a causa delle numerose variabili in gioco (come la corrente di sputtering, la tensione, la pressione e la distanza target-campione), è spesso difficile calcolare con precisione la velocità di sputtering.
Pertanto, per un controllo più accurato del processo di sputtering, si consiglia di utilizzare un monitor di spessore per misurare l'effettivo spessore del rivestimento depositato.
Svantaggi dello sputtering
Pur essendo una tecnica versatile per la deposizione di film sottili, lo sputtering presenta alcuni svantaggi.
Tra questi, le spese di capitale elevate, i tassi di deposizione relativamente bassi per alcuni materiali, la degradazione di alcuni materiali a causa del bombardamento ionico e la tendenza a introdurre impurità a causa delle condizioni operative.
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