材料のスパッタリング収率とは、各イオンの衝突によってターゲット材料の表面から放出される原子の平均数のことである。この歩留まりは、イオンの衝突角度とエネルギー、イオンとターゲット原子の重量、ターゲット材料の結合エネルギー、プラズマガス圧や磁場強度などの運転条件など、いくつかの要因に影響される。
スパッタリング収率に影響する因子：
- イオンの入射角度とエネルギー： イオンがターゲット表面に衝突する角度と衝突時のエネルギーは、スパッタリング収率に大きく影響する。一般に、エネルギーが高く、より直角に衝突するイオンは、ターゲット表面からより多くの原子を放出する傾向がある。
- イオンとターゲット原子の質量： イオンとターゲット原子の質量が重要な役割を果たす。一般に、イオンやターゲット原子が重いと、衝突時の運動量移動が大きくなるため、スパッタリング収率が高くなります。
- ターゲット材料の結合エネルギー： タ ー ゲ ッ ト 材 料 中 の 原 子 間 の 結 合 エ ネ ル ギ ー は 、原 子 の 放 出 し や す さ に 影 響 を 与 え る 。結合エネル ギーが低い材料ほどスパッタしやすいため、歩留まりが高くなります。
- 運転条件： プラズマガス圧や磁場の存在（特にマグネトロンスパッタリング）などは、ターゲットに到達するイオンの密度とエネルギーを調整し、スパッタリング収率に影響を与える。
スパッタリング収率と材料堆積：
スパッタリング収率は、スパッタリング速度として知られる、基材上への材料堆積速度に直接影響します。スパッタリング率は、次式で計算される：[スパッタリングレートは、以下の式で計算される。
ここで、( M )はターゲットのモル重量、( S )はスパッタ収率、( j )はイオン電流密度、( p )は材料密度、( N_A )はアボガドロ数、( e )は電子電荷である。この式は、スパッタリング収率を最適化することで、薄膜蒸着プロセスの効率を高めることができることを示している。
スパッタリングの応用と限界：
