スパッタリングは、高エネルギー粒子（通常はイオン）の衝突によって原子が固体ターゲット材料から放出される物理的プロセスである。このプロセスは、薄膜蒸着や二次イオン質量分析法などの分析技術に広く利用されている。
スパッタリングプロセスの概要
スパッタリングでは、アルゴンのような不活性ガスが封入された真空チャンバー内に基板を置き、ターゲット材料に負電荷を印加する。高エネルギーのイオンがターゲット材料に衝突し、その原子の一部が飛び出して基板上に堆積する。
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詳しい説明歴史的背景
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- スパッタリングは19世紀に初めて観察され、20世紀半ばに大きな注目を集めた。スパッタリング」の語源はラテン語の「sputare」で、原子が材料から勢いよく放出される過程を反映している。プロセスの仕組み
- 真空チャンバーのセットアップ： このプロセスは、不活性ガス（通常はアルゴン）で満たされた真空チャンバー内にコーティングされる基板を置くことから始まる。負電荷がターゲット材料に印加され、これが蒸着される原子の供給源となる。
- イオン砲撃： 高エネルギーイオン（通常はプラズマ状態のアルゴンイオン）が、電界によってターゲット材料に向かって加速される。これらのイオンはターゲットと衝突し、エネルギーと運動量が伝達される。
- 原子放出： 衝突により、ターゲット材料の原子の一部が表面から放出される。これは原子ビリヤードのゲームに似ており、イオン（手玉）が原子のクラスター（ビリヤードの玉）にぶつかり、原子の一部が外側に飛び散る。
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堆積：
- 放出された原子はガス中を移動し、基板上に堆積して薄膜を形成する。このプロセスの効率は、入射イオン1個あたりに放出される原子の数であるスパッタ収率で測定される。応用例
- 薄膜蒸着： スパッタリングは、半導体産業やその他の分野で、組成と膜厚を正確に制御した材料薄膜の成膜に広く利用されている。
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分析技術 二次イオン質量分析法では、制御された速度でターゲット材料を侵食するためにスパッタリングが使用され、材料の組成と濃度プロファイルを深さの関数として分析することができる。
技術の進歩
1970年代にピーター・J・クラークがスパッタガンを開発したことは重要なマイルストーンであり、原子スケールでより制御された効率的な材料成膜を可能にした。この進歩は半導体産業の成長にとって極めて重要であった。
