La portata dello sputtering può essere compresa attraverso la distribuzione energetica degli atomi sputati e le modalità del loro trasporto dal bersaglio al substrato. Gli atomi sputati hanno in genere energie che vanno fino a diverse decine di elettronvolt (eV), che equivalgono a temperature di 100.000 K. Questa elevata energia consente a questi atomi di viaggiare in modo balistico dal bersaglio in linee rette, impattando i substrati o la camera a vuoto con un'energia significativa. Questo può portare al resputtering, in cui il materiale impattato viene espulso nuovamente.
A pressioni di gas più elevate, gli atomi polverizzati possono entrare in collisione con atomi di gas, che agiscono da moderatori. Queste collisioni fanno sì che gli atomi perdano energia e passino a un moto diffusivo. Questo movimento comporta una camminata casuale, che alla fine porta gli atomi a condensare sui substrati o sulle pareti della camera da vuoto. La transizione dal moto balistico a quello diffusivo è influenzata dalla pressione del gas di fondo, che consente di accedere a un'ampia gamma di stati energetici durante il processo di sputtering.
Anche la scelta del gas di sputtering influisce sulla portata e sull'efficienza del processo di sputtering. I gas inerti come l'argon sono comunemente utilizzati per la loro stabilità chimica. Per lo sputtering di elementi leggeri si usa talvolta il neon, mentre per gli elementi più pesanti si può scegliere il kripton o lo xenon per adattarsi meglio alla massa del bersaglio e migliorare il trasferimento di quantità di moto. I gas reattivi possono essere utilizzati per lo sputtering di composti, consentendo che le reazioni chimiche avvengano sulla superficie del bersaglio, in volo o sul substrato, a seconda dei parametri del processo.
La complessità della deposizione sputtering, con i suoi numerosi parametri controllabili, offre un elevato grado di controllo sulla crescita e sulla microstruttura del film depositato. Ciò rende lo sputtering un metodo versatile e preciso per depositare film sottili da un'ampia varietà di materiali su substrati di diverse forme e dimensioni.
In sintesi, la gamma di sputtering comprende uno spettro che va dagli impatti balistici ad alta energia al movimento termalizzato a bassa energia, controllato da fattori quali la pressione del gas, la scelta del gas di sputtering e i parametri di processo. Questa gamma consente un controllo preciso del processo di deposizione, rendendo lo sputtering uno strumento prezioso per la scienza e la tecnologia dei materiali.
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