Напыление - это физический процесс, при котором атомы выбрасываются из твердого материала мишени в результате бомбардировки высокоэнергетическими частицами, как правило, ионами. Этот процесс широко используется для осаждения тонких пленок и в аналитических методах, таких как вторично-ионная масс-спектроскопия.
Краткое описание процесса напыления:
При напылении подложку помещают в вакуумную камеру с инертным газом, например аргоном, и прикладывают отрицательный заряд к материалу мишени. Энергичные ионы сталкиваются с материалом мишени, в результате чего некоторые его атомы выбрасываются и осаждаются на подложке.
-
Подробное объяснение:Исторический контекст:
-
- Впервые напыление было замечено в XIX веке, а значительное внимание к нему было привлечено в середине XX века. Термин "напыление" происходит от латинского слова "sputare", означающего "издавать шум", что отражает процесс сильного выброса атомов из материала.Механизм процесса:
- Установка в вакуумной камере: Процесс начинается с того, что подложка для нанесения покрытия помещается в вакуумную камеру, заполненную инертным газом, обычно аргоном. К материалу-мишени прикладывается отрицательный заряд, который является источником атомов, подлежащих осаждению.
- Ионная бомбардировка: Энергичные ионы, обычно ионы аргона в состоянии плазмы, ускоряются по направлению к материалу мишени под действием электрического поля. Эти ионы сталкиваются с мишенью, передавая ей свою энергию и импульс.
- Выброс атомов: В результате столкновений некоторые атомы материала мишени выбрасываются с поверхности. Это похоже на игру в атомный бильярд, где ион (шар для кия) ударяет по скоплению атомов (бильярдных шаров), заставляя некоторые из них разлетаться в стороны.
-
Осаждение:
- Выброшенные атомы проходят через газ и оседают на подложке, образуя тонкую пленку. Эффективность этого процесса измеряется выходом распыления, который представляет собой количество атомов, выброшенных на один падающий ион.Области применения:
- Осаждение тонких пленок: Напыление широко используется в полупроводниковой промышленности и других областях для осаждения тонких пленок материалов с точным контролем состава и толщины.
-
Аналитические методы: В масс-спектроскопии вторичных ионов распыление используется для эрозии материала мишени с контролируемой скоростью, что позволяет анализировать состав материала и профиль концентрации в зависимости от глубины.
Технологические достижения:
Разработка пистолета для напыления Питером Дж. Кларком в 1970-х годах стала важной вехой, обеспечив более контролируемое и эффективное осаждение материалов в атомном масштабе. Это достижение сыграло решающую роль в развитии полупроводниковой промышленности.
