プラズマ物理学におけるスパッタリングとは、高エネルギー粒子、典型的にはプラズマからの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プロセスのことである。
この現象は、表面上に材料の薄膜を堆積させるために、様々な科学的および工業的用途で利用されている。
5つの主要ステップ
1.プラズマの生成
スパッタリングはプラズマの生成から始まる。プラズマとは、電子が原子から分離され、荷電粒子が混在した物質の状態である。
このプラズマは通常、アルゴンのような希ガスを真空チャンバーに導入し、DCまたはRF電圧を印加することで生成される。
ガスはイオン化され、高エネルギーのイオンと電子を含むプラズマが形成される。
2.ターゲットへの照射
プラズマ中の高エネルギーイオンは、ターゲット物質に向かって加速される。
これらのイオンがターゲットに衝突すると、そのエネルギーがターゲット表面の原子に伝達される。
このエネルギー伝達は非常に大きく、ターゲットの表面から原子が放出される。
3.薄膜の蒸着
放出された原子は真空中を移動し、近くの基板上に堆積して薄膜を形成する。
この薄膜の厚さと組成は、スパッタリングプロセスの時間とターゲット材料の特性に依存する。
4.スパッタリング速度
ターゲットから原子が放出される速度はスパッタリング速度と呼ばれ、スパッタ収率、ターゲットのモル重量、材料密度、イオン電流密度など、いくつかの要因に影響される。
この速度は、蒸着膜の厚さと均一性を制御する上で極めて重要である。
5.応用分野
スパッタリングは、半導体、光学コーティング、磁気記憶媒体などのデバイスに薄膜を成膜するために、産業界で広く利用されている。
材料の成膜を精密に制御できることから、スパッタリングは現代技術に不可欠な技術となっている。
歴史的背景
スパッタリング現象は19世紀に初めて観察され、以来、著しい進歩を遂げながら成熟した技術へと発展してきた。
薄膜成膜技術としてのスパッタリングの発展は、さまざまな技術の進歩に役立ってきた。
結論として、スパッタリングは薄膜を成膜するための多用途かつ精密な方法であり、プラズマイオンのエネルギーを利用してターゲット材料から原子を基板上に放出・堆積させる。
このプロセスは多くの技術応用の基礎となっており、改良と進歩が続けられている。
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