スパッタリングに必要なエネルギーは、ターゲット材料の表面結合エネルギーを克服するのに必要な最小エネルギー閾値によって決定される。この閾値は通常10～100電子ボルト（eV）の範囲であり、入射イオンエネルギー、イオンとターゲット原子の質量、入射角度などの要因に影響される。入射イオン1個当たりに放出されるターゲット原子の数であるスパッタリング収率は、これらの要因に依存し、ターゲット材料やスパッタリング条件によって異なる。均一な薄膜を成膜するために重要なスパッタリングレートは、イオンのエネルギー、ターゲット原子の質量、チャンバー圧力や使用する電源の種類（DCまたはRF）などのパラメータに影響される。
キーポイントの説明
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スパッタリングの最小エネルギー閾値:
- スパッタリングに必要な最小エネルギーは、ターゲット原子の表面結合エネルギーを克服するのに十分なエネルギーをターゲット原子に伝達するのに必要なエネルギーである。
- この閾値は通常 10 から 100 eV .
- 一次エネルギーは、ターゲット材料の表面から原子を除去するのに必要な最小エネルギーであり、一般的に 3倍から4倍 よりも大きい。
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スパッタリングエネルギーに影響を与える要因:
- 入射イオンエネルギー:ターゲット材料に衝突するイオンのエネルギーは、スパッタリングが起こるかどうかを決定する上で重要な役割を果たす。イオンのエネルギーが高いほど、スパッタリングが発生する可能性が高くなる。
- イオンとターゲット原子の質量:入射イオンとターゲット原子の質量比はエネルギー移動効率に影響する。より重いイオンは、より多くのエネルギーをターゲット原子に伝達することができ、スパッタリングを促進する。
- 入射角:イ オ ン が タ ー ゲ ッ ト 表 面 に 衝 突 す る 角 度 は 、スパッタリング収率に影響を与える。一般に、より直角（垂直に近い）であるほど、スパッタリング収率は高くなる。
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スパッタリング収率:
- スパッタリング収率は、入射イオン1個あたりに放出されるターゲット原子の数として定義される。
- 収率は、入射イオンエネルギー、イオンとターゲット原子の質量、入射角度に依存する。
- 歩留まりはターゲット材料やスパッタリング条件によって異なるため、薄膜成膜プロセスにおいて重要なパラメータとなる。
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スパッタリングレート:
- スパッタリングレート : スパッタリングレートは、ターゲット表面からスパッタされる1秒あたりの単分子膜の数である。
- スパッタリング速度は、スパッタ収率 (S)、ターゲットのモル重量 (M)、材料密度 (p)、イオン電流密度 (j) に影響される。
- スパッタ率は、次式で計算できる： スパッタリングレート = (MSj)/(pNAe) ここで NA はアボガドロ数で e は電子の電荷である。
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チャンバー圧力と電源の役割:
- チャンバー圧力:スパッタリングチャンバー内の圧力は、成膜の被覆率と均一性に影響を与える。圧力条件を最適化することで、薄膜の品質を向上させることができる。
- 電源の種類:DC電源とRF電源の選択は、成膜速度、材料適合性、コストに影響する。DCスパッタリングは通常、導電性材料に使用され、RFスパッタリングは絶縁性材料に適している。
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過剰エネルギーと表面移動度:
- 金属イオンの過剰なエネルギーは、スパッタリングプロセス中の表面移動度を増加させ、成膜品質に影響を与える。
- 表面移動度が高くなると、膜の均一性が向上し、欠陥が少なくなる。
これらの重要なポイントを理解することで、スパッタリングプロセスをより適切に制御し、均一性、品質、効率を確保しながら、薄膜蒸着において望ましい結果を得ることができる。
総括表：
| キーファクター | 説明 |
|---|---|
| 最小エネルギー閾値 | 表面の結合エネルギーを克服するのに必要なエネルギーで、通常10-100eV。 |
| 入射イオンエネルギー | イオンエネルギーが高いほどスパッタリングが起こりやすくなる。 |
| イオンとターゲット原子の質量 | より重いイオンはより多くのエネルギーを伝達し、スパッタリングを促進する。 |
| 入射角 | 直角（垂直に近い）ほど高いスパッタリングレートが得られる。 |
| スパッタリング収率 | 材料や条件によって異なる。 |
| スパッタリングレート | スパッタ収率、モル重量、材料密度、イオン電流に影響される。 |
| チャンバー圧力 | フィルムの均一性に影響し、最適な圧力が品質を向上させます。 |
| 電源（DC/RF） | 導電性素材にはDC、絶縁性素材にはRF。 |
| 過剰エネルギーと移動度 | 表面移動度を高め、膜の均一性を向上させ、欠陥を低減します。 |
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