La resa di sputtering dei materiali si riferisce al numero medio di atomi espulsi dalla superficie di un materiale bersaglio a seguito della collisione di ogni ione. Questa resa è influenzata da diversi fattori, tra cui l'angolo e l'energia di impatto degli ioni, il peso degli ioni e degli atomi del bersaglio, l'energia di legame del materiale bersaglio e le condizioni operative, come la pressione del gas plasma e l'intensità del campo magnetico.
Fattori che influenzano la resa dello sputtering:
- Angolo ed energia di impatto degli ioni: L'angolo con cui gli ioni colpiscono la superficie del bersaglio e l'energia che trasportano durante la collisione influenzano in modo significativo la resa dello sputtering. In genere, gli ioni con energia più elevata e quelli che colpiscono con angoli più perpendicolari tendono a espellere più atomi dalla superficie del bersaglio.
- Pesi degli ioni e degli atomi del bersaglio: La massa degli ioni e degli atomi bersaglio gioca un ruolo fondamentale. Gli ioni o gli atomi bersaglio più pesanti producono in genere rese di sputtering più elevate, grazie al maggiore trasferimento di quantità di moto durante le collisioni.
- Energia di legame del materiale bersaglio: La forza dei legami tra gli atomi del materiale bersaglio influenza la facilità con cui gli atomi possono essere espulsi. I materiali con energie di legame più basse sono più facili da spruzzare e quindi hanno rendimenti più elevati.
- Condizioni operative: Fattori come la pressione del gas plasma e la presenza di campi magnetici (in particolare nello sputtering magnetronico) possono regolare la densità e l'energia degli ioni che raggiungono il bersaglio, influenzando così la resa dello sputtering.
Resa dello sputtering e deposizione di materiale:
La resa di sputtering influisce direttamente sulla velocità con cui il materiale può essere depositato su un substrato, nota come velocità di sputtering. Questa velocità viene calcolata con la formula:[ \text{Tasso di sputtering} = \frac{MSj}{pN_Ae} ]
dove ( M ) è il peso molare del target, ( S ) è la resa di sputtering, ( j ) è la densità di corrente ionica, ( p ) è la densità del materiale, ( N_A ) è il numero di Avogadro e ( e ) è la carica degli elettroni. Questa formula illustra come l'ottimizzazione della resa di sputtering possa migliorare l'efficienza dei processi di deposizione di film sottili.
Applicazioni e limiti dello sputtering:
