Los imanes se colocan detrás del blanco en el sputtering para mejorar la ionización del gas de sputtering y aumentar la velocidad de deposición, protegiendo al mismo tiempo el sustrato de un bombardeo excesivo de iones.
Esto se consigue mediante la interacción del campo magnético con el campo eléctrico, que altera la trayectoria de los electrones, aumentando su eficacia de ionización y alejándolos del sustrato.
Explicación de 4 razones clave
1. 1. Aumento de la tasa de ionización y deposición
En el sputtering por magnetrón, la adición de un campo magnético detrás del blanco crea una compleja interacción con el campo eléctrico.
Esta interacción hace que los electrones sigan una trayectoria en espiral o cicloide en lugar de una línea recta.
Los electrones atrapados se mueven en una trayectoria tortuosa directamente por encima de la superficie del blanco, lo que aumenta significativamente su probabilidad de colisionar con moléculas de gas neutro e ionizarlas.
Esta mayor ionización conduce a un mayor número de iones disponibles para bombardear el material objetivo, aumentando así la erosión del objetivo y la posterior deposición de material sobre el sustrato.
La densidad de electrones es mayor allí donde las líneas de campo magnético son paralelas a la superficie del blanco, lo que da lugar a una zona localizada de alta ionización y pulverización catódica.
2. Protección del sustrato
El campo magnético también sirve para confinar los electrones cerca de la superficie del blanco, reduciendo su capacidad de alcanzar y potencialmente dañar el sustrato.
Este confinamiento no sólo protege el sustrato, sino que también concentra el proceso de ionización cerca del blanco, optimizando la eficacia del sputtering.
Los iones, debido a su mayor masa, se ven menos afectados por el campo magnético y, por tanto, siguen golpeando el blanco directamente debajo de la zona de alta densidad de electrones, lo que da lugar a las características zanjas de erosión que se observan en el sputtering por magnetrón.
3. Uso de imanes permanentes
Los sistemas de sputtering modernos suelen utilizar un sistema de imanes permanentes situados detrás del blanco.
Estos imanes ayudan a contener los electrones secundarios generados por la colisión de los iones con la superficie del blanco.
Estos electrones, mantenidos cerca de la superficie del blanco por el fuerte campo magnético, mejoran aún más la ionización del gas de sputtering y a veces incluso ionizan algunos de los adátomos del blanco.
El rápido movimiento de estos electrones a lo largo de las líneas del campo magnético aumenta su eficacia de ionización, contribuyendo a la eficacia general del proceso de sputtering.
4. Resumen
En resumen, la colocación de imanes detrás del blanco en el sputtering es crucial para mejorar la ionización del gas de sputtering, aumentar la velocidad de deposición y proteger el sustrato del bombardeo iónico.
Esto se consigue mediante la compleja interacción de los campos magnético y eléctrico, que altera la trayectoria de los electrones y concentra el proceso de ionización cerca de la superficie del blanco.
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