La tasa de pulverización catódica es una medida de la cantidad de material eliminado de un blanco por unidad de tiempo.
Suele expresarse en términos de monocapas por segundo.
La velocidad de sputtering depende de varios factores.
Estos factores incluyen el rendimiento del sputtering, el peso molar del material objetivo, la densidad del material y la densidad de la corriente de iones.
5 Factores clave que influyen en la velocidad de sputtering
1. Rendimiento del sputtering (S)
El rendimiento del sputtering es el número de átomos expulsados del blanco por cada ion incidente.
Es un factor crítico, ya que afecta directamente a la velocidad a la que se elimina material del blanco.
El rendimiento del sputtering depende del material del blanco, de la masa de las partículas que lo bombardean y de su energía.
Generalmente, el rendimiento aumenta con la masa y la energía de las partículas bombardeadoras dentro del rango de energía típico para sputtering (10 a 5000 eV).
2. Peso molar del blanco (M)
El peso molar del material blanco también desempeña un papel en la determinación de la velocidad de sputtering.
Los materiales con pesos molares más elevados tendrán velocidades de sputtering diferentes en comparación con los materiales más ligeros, suponiendo que todos los demás factores sean constantes.
3. Densidad del material (p)
La densidad del material afecta a la densidad de los átomos.
Un material más denso tendrá más átomos por unidad de superficie, lo que puede influir en la velocidad a la que estos átomos son pulverizados.
4. Densidad de corriente iónica (j)
La densidad de corriente iónica se refiere a la cantidad de flujo iónico que incide sobre el blanco.
Una mayor densidad de corriente iónica significa que más iones golpean el blanco por unidad de superficie por unidad de tiempo, lo que puede aumentar la velocidad de sputtering.
Representación matemática de la velocidad de sputtering
La tasa de sputtering puede representarse matemáticamente como: [ \text{Tasa de sputtering} = \frac{MSj}{pN_Ae} ]
En esta ecuación, ( N_A ) es el número de Avogadro y ( e ) es la carga del electrón.
Esta ecuación muestra que la velocidad de sputtering es directamente proporcional al rendimiento de sputtering, al peso molar y a la densidad de corriente iónica, e inversamente proporcional a la densidad del material y al número de Avogadro.
Implicaciones prácticas y retos
En aplicaciones prácticas, la velocidad de sputtering es crucial para controlar la velocidad de deposición y la calidad del recubrimiento.
Sin embargo, debido a las numerosas variables que intervienen (como la corriente de sputtering, el voltaje, la presión y la distancia entre el blanco y la muestra), a menudo es difícil calcular con precisión la velocidad de sputtering.
Por lo tanto, se recomienda utilizar un monitor de espesor para medir el espesor real del revestimiento depositado, a fin de controlar con mayor precisión el proceso de sputtering.
Desventajas del sputtering
Aunque el sputtering es una técnica versátil para la deposición de películas finas, tiene algunas desventajas.
Entre ellas se incluyen los elevados gastos de capital, las tasas de deposición relativamente bajas para algunos materiales, la degradación de ciertos materiales por bombardeo iónico y la tendencia a introducir impurezas debido a las condiciones de funcionamiento.
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