スパッタリングは薄膜を作るのに使われる方法で、物理的気相成長法（PVD）の一種である。他の蒸着法とは異なり、材料は溶融しない。その代わり、ソース材料（ターゲット）からの原子は、通常気体イオンである衝突粒子からの運動量移動によって放出される。
スパッタリングのメカニズム：
スパッタリングでは、制御されたガス（通常は化学的に不活性なアルゴン）を真空チャンバー内に導入する。このプロセスは、カソードに電気的に通電して自立プラズマを確立することから始まる。その後、スパッタリングターゲットと呼ばれるカソードの露出面に、プラズマからの高エネルギーイオンが照射される。これらのイオンはその運動量をターゲット表面の原子に伝え、原子を放出させる。スパッタリングの利点
- スパッタリングの利点のひとつは、スパッタリングで放出された原子は、蒸発した材料に比べて運動エネルギーが著しく高いため、基板への密着性が向上することである。この方法は、融点が非常に高い材料も扱うことができるため、幅広い材料の成膜に汎用性がある。スパッタリングは、薄膜アプリケーションの特定の要件に応じて、ボトムアップまたはトップダウンのアプローチを含む様々な構成で実施することができる。
- スパッタリングのプロセスシーケンス：
- 成膜材料は、低圧下（通常は部分真空下）のスパッタチャンバー内に置かれる。
- プラズマが発生し、気体イオンがターゲットに向かって加速される。
- イオンはターゲットに衝突し、その表面から原子を放出する。
放出された原子はチャンバー内を移動し、基板上に凝縮して薄膜を形成する。薄膜の厚さはスパッタリングプロセスの時間によって決まり、コーティング粒子のエネルギーレベルや材料の質量などのパラメーターを調整することで制御できる。
- スパッタリング環境の種類
スパッタ蒸着は、さまざまな環境で行うことができる：真空または低圧ガス中（<5 mTorr）、スパッタ粒子は基板に到達する前に気相衝突を受けない。
より高いガス圧（5-15 mTorr）の場合、高エネルギー粒子は基板に到達する前に気相衝突によって「熱化」されるため、スパッタされた材料のエネルギー分布や成膜速度に影響を与える可能性がある。
PVDスパッタリングの応用
