La pulverización catódica es un proceso en el que se expulsan átomos de la superficie de un material debido al impacto de partículas energéticas. El rango de energía de este proceso suele partir de un umbral de entre diez y cien electronvoltios (eV) y puede extenderse hasta varios cientos de eV. La energía media suele estar un orden de magnitud por encima de la energía de enlace de la superficie.
¿Cuál es el rango de energía del sputtering? (5 puntos clave explicados)
1. 1. Energía umbral del sputtering
La pulverización catódica se produce cuando un ion transfiere suficiente energía a un átomo objetivo para superar su energía de enlace en la superficie. Este umbral suele situarse entre 10 y 100 eV. Por debajo de este rango, la transferencia de energía es insuficiente para expulsar átomos del material objetivo.
2. Energía de los átomos pulverizados
La energía cinética de los átomos pulverizados varía mucho, pero suele ser superior a decenas de electronvoltios, a menudo en torno a 600 eV. Esta elevada energía se debe al intercambio de momentos durante las colisiones ión-átomo. Aproximadamente el 1% de los iones que chocan contra la superficie provocan un re-sputtering, en el que los átomos son expulsados de nuevo al sustrato.
3. Rendimiento de la pulverización catódica y dependencia de la energía
El rendimiento del sputtering, que es el número medio de átomos expulsados por cada ion incidente, depende de varios factores, como el ángulo de incidencia del ion, la energía del ion, los pesos atómicos, la energía de enlace y las condiciones del plasma. La distribución de energía de los átomos pulverizados alcanza su punto máximo en torno a la mitad de la energía de enlace superficial, pero se extiende a energías superiores, con una energía media a menudo significativamente superior al umbral.
4. Tipos de sputtering y niveles de energía
- Pulverización catódica por diodos de corriente continua: Utiliza un voltaje de CC de 500-1000 V, con iones de argón que transfieren energía a los átomos objetivo a energías dentro de este rango.
- Pulverización catódica por haz de iones: Implica energías más altas, con una energía de pulverización catódica media de 10 eV, muy superior a las energías térmicas y típica de la evaporación en vacío.
- Pulverización catódica electrónica: Puede implicar energías muy altas o iones pesados muy cargados, lo que conduce a altos rendimientos de sputtering, particularmente en aislantes.
5. Aplicaciones y requisitos energéticos
El sputtering se utiliza en varias aplicaciones, incluida la deposición de películas finas, donde la alta energía cinética de los átomos sputtered ayuda a la formación de películas de alta calidad y bien adheridas. El proceso suele requerir energías cinéticas muy superiores a las térmicas, que a menudo se consiguen utilizando tensiones de CC de 3-5 kV o frecuencias de RF en torno a 14 MHz.
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