スパッタリングレート スパッタリングレートとは、単位時間当たりにターゲットから除去される材料の量を示す尺度である。
スパッタリング速度は通常、1秒当たりの単 層数で表される。
スパッタリング速度はいくつかの要因に影響される。
こ れ ら の 要 素 に は 、スパッタリング収率、ターゲット材料のモル重量、材料密度、イオン電流密度が含まれる。
スパッタリング速度に影響を与える5つの主な要因
1.スパッタリング収率 (S)
スパッタリング収率とは、入射イオン1個あたりにターゲットから放出される原子の数である。
ターゲットから材料が除去される速度に直接影響するため、重要な要素である。
スパッタリング収率は、ターゲットの材質、入射粒子の質量、エネルギーに依存する。
一般に、スパッタリングの典型的なエネルギー範囲（10～5000eV）内では、質量とエネルギーが大きいほど収率は高くなる。
2.ターゲットのモル重量 (M)
ターゲット材料のモル重量もスパッタリング速度の決定に関与する。
モル重量の大きい材料は、他のすべての要素が一定であると仮定した場合、軽い材料と比較してスパッタリング速度が異なる。
3.材料の密度 (p)
ターゲット材料の密度は、原子がどれだけ密に詰まっているかに影響する。
密度が高い材料ほど、単位面積当たりの原子の数が多くなり、原子がスパッタリングされる速度に影響します。
4.イオン電流密度 (j)
イオン電流密度とは、ターゲットに当たるイオン束の量を意味する。
イオン電流密度が高ければ高いほど、単位面積あたり、単位時間あたり、より多くのイオンがターゲットに衝突することを意味し、スパッタリング速度を高めることができる。
スパッタリング率の数学的表現
スパッタリングレートは数学的に次のように表すことができる：[スパッタリングレートは次のように数学的に表すことができる。
この式において、( N_A ) はアボガドロ数であり、( e ) は電子電荷である。
この式は、スパッタリングレートがスパッタリング収率、モル重量、イオン電流密度に正比例し、材料密度とアボガドロ数に反比例することを示している。
実用的な意味合いと課題
実用的な用途では、スパッタリング速度は成膜速度とコーティングの品質を制御する上で極めて重要である。
し か し 、ス パ ッ タ 電 流 、電 圧 、圧 力 、タ ー ゲ ッ ト か ら 試 料 ま で の 距 離 な ど 、多 く の 変 数 が 関 係 す る た め、スパッタリング速度を正確に計算するのは困難な場合が多い。
そのため、スパッタリングプロセスをより正確に制御するには、膜厚モニターを使用して実際の成膜膜厚を測定することを推奨する。
スパッタリングの欠点
スパッタリングは薄膜成膜の汎用性の高い技術であるが、いくつかの欠点もある。
これには、資本費用が高いこと、材料によっては成膜速度が比較的低いこと、イオン衝撃によって特定の材料が劣化すること、操作条件によって不純物が混入しやすいことなどが挙げられます。
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