El revestimiento por pulverización catódica es un proceso en el que la presión suele oscilar entre 10^-2 Pa y 10 Pa.
Esta presión relativamente alta desempeña un papel importante en el proceso de sputtering.
Afecta a varios aspectos, como el recorrido libre medio de las moléculas de gas de proceso, el ángulo con el que los adátomos llegan al sustrato y el potencial de absorción de gas en la película en crecimiento.
Esto puede dar lugar a defectos microestructurales.
¿Qué es la presión del recubrimiento por pulverización catódica? (Explicación de 5 factores clave)
1. Rango de presión y su impacto en la trayectoria libre media
En el recubrimiento por pulverización catódica, la presión de trabajo se sitúa generalmente entre 10^-2 Pa y 10 Pa.
Este intervalo de presiones es muy superior al de los sistemas de evaporación térmica o por haz electrónico, que funcionan a presiones en torno a 10^-8 Torr (aproximadamente 10^-10 Pa).
A estas presiones más altas en el sputtering, el camino libre medio (la distancia media que recorre una partícula entre colisiones) es mucho más corto.
Por ejemplo, en el sputtering por magnetrón de corriente continua (dcMS) a 10^-3 Torr (aproximadamente 10^-5 Pa), el camino libre medio es de sólo unos 5 centímetros.
Esto se compara con los 100 metros de los sistemas que funcionan a 10^-8 Torr.
2. Efecto sobre los ángulos de llegada de los adátomos
Debido a la alta densidad del gas de proceso y a los cortos recorridos libres medios, los adátomos en los procesos de sputtering tienden a llegar al sustrato en ángulos aleatorios.
Esto difiere de los métodos de evaporación, en los que los adátomos suelen acercarse al sustrato en un ángulo normal.
Los ángulos aleatorios en el sputtering son el resultado de numerosas colisiones que se producen a medida que los adátomos viajan desde el blanco hasta el sustrato.
3. Absorción de gas y defectos microestructurales
La abundancia de gas de proceso cerca de la interfaz sustrato/película puede provocar que parte de este gas sea absorbido por la película en crecimiento.
Esta absorción puede introducir defectos microestructurales que pueden afectar a las propiedades y al rendimiento de la película.
4. Gestión de la presión en el sputtering reactivo
En el sputtering reactivo, la gestión de la presión es crucial para evitar el "envenenamiento" de la superficie del blanco.
Esto puede dificultar el crecimiento de la película fina.
A bajas presiones, la formación de la película es lenta, mientras que a altas presiones, el gas reactivo puede afectar negativamente a la superficie del blanco.
Esto reduce la tasa de crecimiento de la película y aumenta la tasa de envenenamiento del blanco.
5. Requisitos del sistema de vacío
El sistema de vacío para sputtering requiere una presión base en el rango de alto vacío (típicamente 10^-6 mbar o mejor) para asegurar superficies limpias y evitar la contaminación.
Durante el proceso de sputtering, la presión se ajusta al rango mTorr (10^-3 a 10^-2 mbar) introduciendo el gas de sputtering.
Esto se controla mediante un regulador de flujo.
El espesor de la película depositada también se supervisa y controla durante este proceso.
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