スパッタ膜の応力は、主に成膜プロセスのパラメータと、膜と基板双方の材料特性の影響を受ける。
応力は、ヤング率、熱膨張係数、フィルムと基板の温度を考慮した式を用いて定量化できる。
さらに、成膜速度とスパッタ原子のエネルギーも、膜の応力レベルを決定する上で重要な役割を果たす。
スパッタ膜の応力を理解する：詳細な内訳
スパッタ薄膜の応力の計算
スパッタ薄膜の応力はσと表記され、次式で計算できる：
σ = E x α x (T - T0)
- σ (応力):薄膜内の内部応力を表す。
- E（ヤング率）:材料の剛性を表し、薄膜の材料に固有である。
- α（熱膨張係数）:この係数は薄膜材料と基板材料（T0）で異なる。温度変化によって材料がどれだけ膨張・収縮するかを示す。
- T（基板温度）:蒸着プロセス中に基板が維持される温度。
- T0（基板の熱膨張係数）:基板材料の熱膨張係数。
この式は基本的に、フィルムと基板の機械的特性と熱条件に基づいて応力を計算します。
この応力は、関係するパラメータの値によって、圧縮または引張のいずれかになります。
蒸着速度とスパッタリングパラメーターの影響
材料が基板に蒸着される速度である蒸着速度も重要な要素である。
これは次のように計算される：
Rdep = A x Rsputter
- Rdep (蒸着速度):フィルムが基板上で成長する速度。
- A（蒸着面積）:成膜面積。
- Rsputter（スパッタリングレート）:スパッタリングプロセスでターゲットから材料が排出される速度。
これらのパラメータを最適化することで、所望の膜厚、均一性、応力レベルを達成することができる。
スパッタされる原子のエネルギーや、原子が基板に当たる角度も、応力や膜質全体に影響を与える。
応力とひずみの管理
薄膜における機械的な応力やひずみは、クラックや層間剥離などの欠陥につながる可能性があります。
これらは、蒸着設定や蒸着後の処理を慎重に選択することで管理されます。
フィルムの純度と組成も、応力レベルと全体的な性能に関与します。
結論
スパッタ膜の応力は、材料特性、成膜条件、スパッタ粒子のエネルギーなど、複数の要因に影響される複雑な現象である。
これらのパラメータを理解し制御することは、様々な用途に適した高品質の薄膜を製造する上で極めて重要です。
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