I magneti vengono posizionati dietro il bersaglio nello sputtering per migliorare la ionizzazione del gas di sputtering e aumentare la velocità di deposizione, proteggendo al contempo il substrato da un eccessivo bombardamento ionico.
Ciò si ottiene grazie all'interazione del campo magnetico con il campo elettrico, che altera il percorso degli elettroni, aumentandone l'efficienza di ionizzazione e allontanandoli dal substrato.
4 motivi chiave spiegati
1. Miglioramento della ionizzazione e della velocità di deposizione
Nello sputtering magnetronico, l'aggiunta di un campo magnetico dietro il bersaglio crea una complessa interazione con il campo elettrico.
Questa interazione fa sì che gli elettroni seguano un percorso a spirale o cicloide piuttosto che una linea retta.
Gli elettroni intrappolati si muovono in un percorso tortuoso direttamente sopra la superficie del bersaglio, aumentando notevolmente la probabilità di collidere con le molecole di gas neutro e di ionizzarle.
Questa maggiore ionizzazione porta a un numero maggiore di ioni disponibili per bombardare il materiale del bersaglio, aumentando così l'erosione del bersaglio e la successiva deposizione di materiale sul substrato.
La densità di elettroni è massima dove le linee del campo magnetico sono parallele alla superficie del bersaglio, determinando un'area localizzata di alta ionizzazione e sputtering.
2. Protezione del substrato
Il campo magnetico serve anche a confinare gli elettroni vicino alla superficie del bersaglio, riducendo la loro capacità di raggiungere e potenzialmente danneggiare il substrato.
Questo confinamento non solo protegge il substrato, ma concentra anche il processo di ionizzazione vicino al bersaglio, ottimizzando l'efficienza dello sputtering.
Gli ioni, grazie alla loro massa maggiore, sono meno influenzati dal campo magnetico e continuano quindi a colpire il bersaglio direttamente sotto l'area ad alta densità di elettroni, provocando le caratteristiche trincee di erosione osservate nello sputtering magnetronico.
3. Uso di magneti permanenti
I moderni sistemi di sputtering utilizzano in genere un sistema di magneti permanenti situati dietro il bersaglio.
Questi magneti aiutano a contenere gli elettroni secondari generati dalla collisione degli ioni con la superficie del bersaglio.
Questi elettroni, tenuti vicino alla superficie del bersaglio dal forte campo magnetico, aumentano ulteriormente la ionizzazione del gas di sputtering e talvolta ionizzano anche alcuni degli adatomi del bersaglio.
Il rapido movimento di questi elettroni lungo le linee del campo magnetico aumenta la loro efficienza di ionizzazione, contribuendo all'efficacia complessiva del processo di sputtering.
4. Sintesi
In sintesi, il posizionamento di magneti dietro il bersaglio nello sputtering è fondamentale per migliorare la ionizzazione del gas di sputtering, aumentare la velocità di deposizione e proteggere il substrato dal bombardamento ionico.
Ciò si ottiene grazie alla complessa interazione dei campi magnetici ed elettrici, che alterano il percorso degli elettroni e concentrano il processo di ionizzazione vicino alla superficie del bersaglio.
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