Le taux de pulvérisation est une mesure de la quantité de matière enlevée d'une cible par unité de temps.
Elle est généralement exprimée en termes de monocouches par seconde.
La vitesse de pulvérisation est influencée par plusieurs facteurs.
Ces facteurs comprennent le rendement de pulvérisation, le poids molaire du matériau cible, la densité du matériau et la densité du courant ionique.
5 facteurs clés influençant la vitesse de pulvérisation
1. Rendement de pulvérisation (S)
Le rendement de pulvérisation est le nombre d'atomes éjectés de la cible par ion incident.
Il s'agit d'un facteur critique car il affecte directement la vitesse à laquelle le matériau est retiré de la cible.
Le rendement de la pulvérisation dépend du matériau de la cible, de la masse des particules de bombardement et de leur énergie.
En général, le rendement augmente avec la masse et l'énergie des particules de bombardement dans la gamme d'énergie typique de la pulvérisation (10 à 5000 eV).
2. Masse molaire de la cible (M)
Le poids molaire du matériau cible joue également un rôle dans la détermination du taux de pulvérisation.
Les matériaux ayant un poids molaire plus élevé auront des taux de pulvérisation différents de ceux des matériaux plus légers, en supposant que tous les autres facteurs soient constants.
3. Densité du matériau (p)
La densité du matériau cible influe sur la densité des atomes.
Un matériau plus dense aura plus d'atomes par unité de surface, ce qui peut influencer la vitesse à laquelle ces atomes sont pulvérisés.
4. Densité du courant ionique (j)
La densité du courant ionique fait référence à la quantité de flux ionique qui frappe la cible.
Une densité de courant ionique plus élevée signifie que davantage d'ions frappent la cible par unité de surface et par unité de temps, ce qui peut augmenter la vitesse de pulvérisation.
Représentation mathématique du taux de pulvérisation
Le taux de pulvérisation peut être représenté mathématiquement comme suit : [ \text{Taux de pulvérisation} = \frac{MSj}{pN_Ae} ]
Dans cette équation, ( N_A ) est le nombre d'Avogadro et ( e ) la charge électronique.
Cette équation montre que le taux de pulvérisation est directement proportionnel au rendement de pulvérisation, au poids molaire et à la densité du courant ionique, et inversement proportionnel à la densité du matériau et au nombre d'Avogadro.
Implications pratiques et défis
Dans les applications pratiques, la vitesse de pulvérisation est cruciale pour contrôler la vitesse de dépôt et la qualité du revêtement.
Cependant, en raison des nombreuses variables impliquées (telles que le courant de pulvérisation, la tension, la pression et la distance entre la cible et l'échantillon), il est souvent difficile de calculer précisément la vitesse de pulvérisation.
Il est donc recommandé d'utiliser un moniteur d'épaisseur pour mesurer l'épaisseur réelle du revêtement déposé afin de contrôler plus précisément le processus de pulvérisation.
Inconvénients de la pulvérisation cathodique
Bien que la pulvérisation cathodique soit une technique polyvalente pour le dépôt de couches minces, elle présente certains inconvénients.
Il s'agit notamment de dépenses d'investissement élevées, de taux de dépôt relativement faibles pour certains matériaux, de la dégradation de certains matériaux par bombardement ionique et d'une tendance à introduire des impuretés en raison des conditions d'exploitation.
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