ZnO薄膜の成膜に一般的に使用されるスパッタリングシステムは、マグネトロンスパッタリングシステムである。このシステムは、真空チャンバー内でプラズマを発生させ、アルゴンイオンを電界によってターゲット（この場合はZnO）に向けて加速することで作動する。高エネルギーイオンがターゲットに衝突することにより、ZnO原子が放出され、基板上に堆積します。
マグネトロンスパッタリングシステムの動作原理：
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真空チャンバーのセットアップ： プロセスは、基板とZnOターゲットを真空チャンバー内に置くことから始まる。次に、チャンバー内を不活性ガス（通常はアルゴン）で低圧に満たします。この環境は、不要な化学反応を防ぎ、スパッタされた粒子が大きく衝突することなく基板に移動できるようにします。
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プラズマの生成： 通常、ZnOターゲットを負電圧に、チャンバー壁を正電圧に接続し、チャンバー全体に電界を印加する。このセットアップにより、正電荷を帯びたアルゴンイオンがターゲットに引き寄せられる。このイオンがターゲット表面に衝突することで、スパッタリングと呼ばれるプロセスを経てZnO原子が放出される。
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ZnOの蒸着： 解放されたZnO原子はプラズマ中を移動し、基板上に堆積して薄膜を形成する。成膜速度と均一性は、ターゲットに加える電力、ガス圧、ターゲットと基板間の距離を調整することで制御できる。
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制御と最適化： 成膜プロセスを最適化するために、基板温度、混合ガス（例えば、ZnOの特性を向上させるために反応性スパッタリングのために酸素を加える）、蒸着原子のエネルギーを制御するための基板バイアスの使用など、さまざまなパラメータを調整することができる。
図の説明
- ターゲット： 負の電圧源に接続されたZnOターゲット。
- 基板： ターゲットの反対側に配置され、通常は必要に応じて加熱または冷却できるホルダー上にある。
- 真空チャンバー： ターゲット、基板を含み、アルゴンガスで満たされている。
- 電源： ターゲットに負電圧を供給し、電界を発生させる。
- ポンプ： チャンバーからガスを除去して真空を維持する。
- ビューポートとセンサー： プロセス条件の監視と制御を可能にする。
このセットアップにより、ZnO薄膜を高純度かつ制御された特性で成膜することができ、マグネトロンスパッタリングはエレクトロニクスや太陽電池を含むさまざまな用途に効果的な方法となる。
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