El pulverizado con magnetrón es un proceso utilizado para crear películas finas mediante la expulsión de átomos de un material objetivo. Este proceso implica la generación de plasma, que es un estado de la materia en el que un gas se carga eléctricamente. A continuación se presenta un desglose simplificado de cómo se genera el plasma en el sputtering con magnetrón.
6 pasos para la generación de plasma en el sputtering con magnetrón
1. 1. Preparación de la cámara de vacío e introducción del gas
El proceso comienza creando un alto vacío dentro de una cámara de vacío. Esto ayuda a evitar contaminantes y reduce la presión de los gases de fondo. Una vez alcanzada la presión de base, se introduce en la cámara un gas de pulverización catódica, normalmente argón. La presión se mantiene en el rango de mili Torr utilizando un sistema de control de presión.
2. Inicio de la generación de plasma
Se aplica un alto voltaje entre el cátodo (material objetivo) y el ánodo. Este voltaje inicia la generación de plasma. La tensión necesaria depende del gas utilizado y de su presión. Para el argón, el potencial de ionización es de unos 15,8 electronvoltios (eV).
3. Aumento de la eficiencia del plasma con un campo magnético
En el sputtering por magnetrón, se añade un campo magnético cerrado sobre la superficie del blanco. Este campo magnético aumenta la eficiencia de la generación de plasma al potenciar las colisiones entre electrones y átomos de argón cerca de la superficie del blanco. Los electrones del plasma giran en espiral alrededor del blanco debido al campo magnético, producido por imanes colocados detrás del blanco. Estos electrones en espiral colisionan con los átomos cercanos, ionizándolos y aumentando la producción y densidad del plasma.
4. Bombardeo iónico y pulverización catódica
El plasma generado hace que los átomos de gas ionizados (iones) colisionen con la superficie del blanco. Estas colisiones desprenden átomos de la superficie del blanco, un proceso denominado pulverización catódica. Los átomos expulsados se depositan entonces sobre el sustrato, formando una fina película.
5. Variaciones del sputtering por magnetrón
El método convencional de sputtering por magnetrón concentra el plasma sobre el blanco, lo que puede provocar un elevado bombardeo de iones y dañar potencialmente la película sobre el sustrato. Para evitarlo, se utiliza el método de sputtering por magnetrón desequilibrado. En este caso, el campo magnético se dispone de forma que se reparta el plasma, reduciendo la concentración de iones cerca del sustrato y mejorando la calidad de la película.
6. Tipos de magnetrones
Los magnetrones utilizados en los sistemas de sputtering pueden ser de CC (corriente continua) o de RF (radiofrecuencia). La elección depende de la velocidad de deposición deseada, la calidad de la película y la compatibilidad del material. Los magnetrones de corriente continua utilizan una fuente de alimentación de corriente continua, mientras que los magnetrones de radiofrecuencia utilizan una fuente de alimentación de radiofrecuencia de alta frecuencia.
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