イオンスパッタリングは、薄膜蒸着に使用されるプロセスで、高エネルギーイオンをターゲット材料に向けて加速します。イオンはターゲット表面に衝突し、原子を放出またはスパッタリングさせる。スパッタリングされた原子は基板に向かって移動し、成長する薄膜に組み込まれる。
スパッタリング・プロセスでは、いくつかの基準を満たす必要がある。まず、十分なエネルギーを持つイオンを生成し、ターゲット表面に向けて原子を放出させなければならない。イオンとターゲット材料の相互作用は、イオンの速度とエネルギーによって決まる。電場と磁場は、これらのパラメータを制御するために使用することができる。プロセスは、カソード付近の浮遊電子がアノードに向かって加速され、中性ガス原子と衝突して正電荷を帯びたイオンに変換されることから始まる。
イオンビームスパッタリングはスパッタリングの一種で、イオン-電子ビームをターゲットに集束させ、基板上に材料をスパッタリングする。このプロセスは、不活性ガス原子で満たされた真空チャンバー内にコーティングが必要な表面を置くことから始まる。ターゲット材料は負電荷を帯び、陰極に変換され、そこから自由電子が流れ出す。この自由電子は、負に帯電したガス原子を取り囲む電子と衝突する。その結果、ガス電子は追い払われ、ガス原子は正電荷を帯びた高エネルギーのイオンに変換される。ターゲット材料はこのイオンを引き寄せ、高速で衝突して原子サイズの粒子を切り離す。
スパッタされた粒子は真空チャンバーを横切って基板上に着地し、放出されたターゲットイオンの膜を形成する。イオンの方向性とエネルギーが均等であることが、高い膜密度と膜質の実現に寄与している。
スパッタリングシステムでは、プロセスは真空チャンバー内で行われ、成膜用の基板は通常ガラスである。スパッタリングターゲットとして知られるソース材料は、金属、セラミック、あるいはプラスチック製の回転ターゲットである。例えば、モリブデンは、ディスプレイや太陽電池の導電性薄膜を製造するためのターゲットとして使用できる。
スパッタリングプロセスを開始するには、イオン化したガスを電界で加速してターゲットに衝突させる。衝突するイオンとターゲット材料との衝突により、原子がターゲット格子からコーティングチャンバー内の気体状態に放出される。これらのターゲット粒子は、視線によって飛翔するか、イオン化して電気力によって基板に向かって加速され、そこで吸着されて成長する薄膜の一部となる。
直流スパッタリングは、直流ガス放電を利用する特殊なスパッタリングである。このプロセスでは、イオンが放電のターゲット（陰極）に衝突し、これが成膜源となる。基板と真空チャンバーの壁が陽極として機能し、必要な電圧を供給するために高電圧DC電源が使用される。
全体として、イオンスパッタリングは、基板上に薄膜を成膜するための汎用性が高く、広く使用されている技術である。膜厚、組成、形態を制御できるため、エレクトロニクス、光学、太陽電池などの産業におけるさまざまな用途に適しています。
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