La formation du plasma dans la pulvérisation se produit par l'ionisation d'un gaz de pulvérisation, généralement un gaz inerte comme l'argon ou le xénon. Ce processus est crucial pour l'initiation du processus de pulvérisation, qui est une méthode utilisée dans le dépôt physique en phase vapeur (PVD) pour déposer des films minces sur un substrat.
Résumé de la formation du plasma dans la pulvérisation cathodique :
Le plasma est créé en appliquant une haute tension à un gaz à basse pression (généralement de l'argon) dans une chambre à vide. Cette tension ionise le gaz, formant un plasma qui émet une décharge lumineuse, souvent visible sous la forme d'un halo coloré. Le plasma est constitué d'électrons et d'ions gazeux, qui sont accélérés vers le matériau cible sous l'effet de la tension appliquée.
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Explication détaillée :
- Préparation de la chambre à vide :
- La chambre de dépôt est d'abord mise sous vide à une pression très basse, généralement autour de 10^-6 torr, afin de minimiser la contamination par les gaz résiduels.
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Après avoir atteint le vide souhaité, le gaz de pulvérisation, tel que l'argon, est introduit dans la chambre.
- Application d'une tension :
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Une tension est appliquée entre deux électrodes dans la chambre. Cette tension est essentielle pour déclencher le processus d'ionisation.
- Ionisation et formation du plasma :
- La tension appliquée ionise le gaz de pulvérisation, créant une décharge lumineuse. Dans cet état, les électrons libres entrent en collision avec les atomes du gaz, ce qui leur fait perdre des électrons et les transforme en ions chargés positivement.
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Ce processus d'ionisation transforme le gaz en plasma, un état de la matière dans lequel les électrons sont dissociés de leurs atomes.
- Accélération des ions :
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Les ions positifs du gaz de pulvérisation sont ensuite accélérés vers la cathode (l'électrode chargée négativement) en raison du champ électrique créé par la tension appliquée.
- Bombardement et pulvérisation :
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Les ions accélérés entrent en collision avec le matériau cible, transférant leur énergie et provoquant l'éjection des atomes de la cible. Ces atomes éjectés se déplacent ensuite et se déposent sur le substrat, formant un film mince.
- Taux de pulvérisation :
La vitesse à laquelle le matériau est pulvérisé à partir de la cible dépend de plusieurs facteurs, notamment le rendement de pulvérisation, le poids molaire du matériau cible, sa densité et la densité du courant ionique.
Ce processus est fondamental dans diverses techniques de pulvérisation, notamment la pulvérisation par faisceau d'ions, la pulvérisation par diode et la pulvérisation magnétron, cette dernière étant particulièrement efficace en raison de l'utilisation d'un champ magnétique pour améliorer l'ionisation et le confinement du plasma autour de la cible.
