El mecanismo del sputtering reactivo implica una reacción química entre los átomos pulverizados desde un blanco metálico y las moléculas de gas reactivo difundidas desde un gas de descarga sobre el sustrato. Esta reacción produce películas delgadas compuestas, que sirven como material de recubrimiento sobre el sustrato.
Durante el sputtering reactivo, se introduce un gas no inerte, como oxígeno o nitrógeno, en la cámara de sputtering junto con un material objetivo elemental, como el silicio. Cuando las moléculas metálicas del blanco alcanzan la superficie del sustrato, reaccionan con las moléculas del gas reactivo para formar un nuevo compuesto. A continuación, este compuesto se deposita como una fina película sobre el sustrato.
Los gases reactivos utilizados en el proceso, como el nitrógeno o el oxígeno, reaccionan químicamente con las moléculas metálicas de la superficie del sustrato, lo que da lugar a la formación de un revestimiento duro. El proceso de sputtering reactivo combina los principios del sputtering convencional y del depósito químico en fase vapor (CVD). Implica el uso de una gran cantidad de gas reactivo para el crecimiento de la película, y el exceso de gas se bombea al exterior. La pulverización catódica de los metales es más rápida que la de los compuestos, cuya pulverización catódica es más lenta.
La introducción de un gas reactivo en la cámara de sputtering, como oxígeno o nitrógeno, permite producir películas de óxido o nitruro, respectivamente. La composición de la película puede controlarse ajustando las presiones relativas de los gases inerte y reactivo. La estequiometría de la película es un parámetro importante para optimizar las propiedades funcionales, como la tensión en el SiNx y el índice de refracción del SiOx.
El sputtering reactivo requiere un control adecuado de parámetros como la presión parcial de los gases de trabajo (o inertes) y reactivos para conseguir las deposiciones deseadas. El proceso presenta un comportamiento similar a la histéresis, por lo que es necesario encontrar puntos de trabajo ideales para una deposición eficaz de la película. Se han propuesto modelos, como el modelo Berg, para estimar el impacto del gas reactivo en los procesos de sputtering.
En resumen, el sputtering reactivo es una variación del proceso de sputtering por plasma en el que se produce una reacción química entre los átomos sputtered y los gases reactivos, lo que da lugar a la deposición de películas finas compuestas sobre un sustrato. La composición de la película puede controlarse ajustando las presiones relativas de los gases inertes y reactivos.
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