物理スパッタリングは、薄膜蒸着に用いられるプロセスである。
このプロセスでは、高エネルギーイオンによる砲撃によって、原子が固体ターゲット材料から放出される。
この技術は、半導体加工、精密光学、表面仕上げなど、さまざまな産業で広く利用されている。
その人気の理由は、スパッタ薄膜の優れた均一性、密度、密着性にある。
物理スパッタリングを理解するための5つのポイント
1.スパッタリングのメカニズム
スパッタリングは物理的気相成長法（PVD）の一種である。
ターゲット材料に高エネルギーの粒子（通常はアルゴンのような希ガスのイオン）を衝突させる。
このボンバードメントにより、ターゲット材料から原子が放出され、その後基板上に堆積して薄膜が形成される。
このプロセスは、アルゴンのような不活性ガスを真空チャンバーに導入し、陰極に通電してプラズマを発生させることで開始される。
ターゲット材料は陰極として機能し、成膜される基板は通常陽極に取り付けられる。
2.スパッタリングの種類
スパッタリングには、カソードスパッタリング、ダイオードスパッタリング、RFスパッタリングまたはDCスパッタリング、イオンビームスパッタリング、反応性スパッタリングなど、いくつかのバリエーションがある。
このように名称は違っても、基本的なプロセスは同じである。すなわち、イオン砲撃によるターゲット材料からの原子の放出である。
3.プロセスのセットアップ
一般的なセットアップでは、ターゲット材料と基板を真空チャンバーに入れる。
両者の間に電圧を印加し、ターゲットを陰極、基板を陽極とする。
電圧印加によりプラズマが発生し、ターゲットにイオンが衝突してスパッタリングが起こる。
4.用途と利点
スパッタリングは、膜厚と組成を正確に制御して高品質の薄膜を製造できることから好まれている。
半導体、ソーラーパネル、ディスクドライブ、光学機器の製造に使用されている。
このプロセスは汎用性が高く、金属、合金、化合物など幅広い材料の成膜に使用できる。
5.スパッタ収率
スパッタプロセスの効率はスパッタ収率によって定量化される。
スパッタ収率とは、入射イオン1個当たりにターゲットから放出される原子の数である。
スパッタ収率に影響を与える要因には、入射イオンのエネルギーと質量、ターゲット原子の質量、固体の結合エネルギーなどがある。
6.表面物理学応用
薄膜蒸着に加え、スパッタリングは表面物理学の分野でも、高純度表面のクリーニングや表面の化学組成分析に利用されている。
これは、スパッタリング中に表面から放出される物質を観察することで達成される。
まとめると、物理的スパッタリングは薄膜を成膜するための多用途で効果的な方法であり、多くのハイテク産業で重要な高精度と品質を提供する。
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