Il meccanismo dello sputtering reattivo prevede una reazione chimica tra gli atomi sputati da un bersaglio metallico e le molecole di gas reattivo diffuse da un gas di scarica sul substrato. Questa reazione produce film sottili composti, che servono come materiale di rivestimento del substrato.
Durante lo sputtering reattivo, un gas non inerte, come ossigeno o azoto, viene introdotto nella camera di sputtering insieme a un materiale target elementare, come il silicio. Quando le molecole di metallo del target raggiungono la superficie del substrato, reagiscono con le molecole del gas reattivo per formare un nuovo composto. Questo composto viene quindi depositato come film sottile sul substrato.
I gas reattivi utilizzati nel processo, come l'azoto o l'ossigeno, reagiscono chimicamente con le molecole di metallo sulla superficie del substrato, dando luogo alla formazione di un rivestimento duro. Il processo di sputtering reattivo combina i principi dello sputtering convenzionale e della deposizione chimica da vapore (CVD). Implica l'uso di una grande quantità di gas reattivo per la crescita del film, mentre il gas in eccesso viene pompato fuori. Lo sputtering dei metalli è più rapido rispetto a quello dei composti, che avviene più lentamente.
L'introduzione di un gas reattivo nella camera di sputtering, come l'ossigeno o l'azoto, consente la produzione di film di ossido o nitruro, rispettivamente. La composizione del film può essere controllata regolando le pressioni relative dei gas inerti e reattivi. La stechiometria del film è un parametro importante per ottimizzare le proprietà funzionali, come lo stress di SiNx e l'indice di rifrazione di SiOx.
Lo sputtering reattivo richiede un controllo adeguato di parametri quali la pressione parziale dei gas di lavoro (o inerti) e reattivi per ottenere le deposizioni desiderate. Il processo presenta un comportamento simile all'isteresi, rendendo necessario trovare i punti di lavoro ideali per una deposizione efficiente del film. Sono stati proposti modelli, come il Modello di Berg, per stimare l'impatto del gas reattivo sui processi di sputtering.
In sintesi, lo sputtering reattivo è una variante del processo di sputtering al plasma in cui si verifica una reazione chimica tra gli atomi sputati e i gas reattivi, con conseguente deposizione di film sottili composti su un substrato. La composizione del film può essere controllata regolando le pressioni relative dei gas inerti e reattivi.
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