La portée de la pulvérisation peut être comprise à travers la distribution de l'énergie des atomes pulvérisés et les modes de leur transport de la cible au substrat. Les atomes pulvérisés ont généralement des énergies allant jusqu'à plusieurs dizaines d'électronvolts (eV), ce qui équivaut à des températures de 100 000 K. Cette énergie élevée permet à ces atomes de se déplacer de manière balistique depuis la cible en lignes droites, et d'impacter les substrats ou la chambre à vide avec une énergie significative. Il peut en résulter un resculptage, c'est-à-dire que le matériau impacté est à nouveau éjecté.
À des pressions de gaz plus élevées, les atomes pulvérisés peuvent entrer en collision avec des atomes de gaz, qui agissent comme des modérateurs. Ces collisions entraînent une perte d'énergie pour les atomes, qui passent alors à un mouvement diffusif. Ce mouvement implique une marche aléatoire, qui conduit finalement les atomes à se condenser sur les substrats ou les parois de la chambre à vide. La transition du mouvement balistique au mouvement diffusif est influencée par la pression du gaz de fond, ce qui permet d'accéder à une large gamme d'états énergétiques au cours du processus de pulvérisation.
Le choix du gaz de pulvérisation influe également sur la portée et l'efficacité du processus de pulvérisation. Les gaz inertes comme l'argon sont couramment utilisés en raison de leur stabilité chimique. Pour la pulvérisation d'éléments légers, le néon est parfois utilisé, tandis que pour les éléments plus lourds, le krypton ou le xénon peuvent être choisis pour mieux correspondre à la masse de la cible et améliorer le transfert de momentum. Des gaz réactifs peuvent être utilisés lors de la pulvérisation de composés, permettant à des réactions chimiques de se produire sur la surface de la cible, en vol, ou sur le substrat, en fonction des paramètres du processus.
La complexité du dépôt par pulvérisation, avec ses nombreux paramètres contrôlables, offre un degré élevé de contrôle sur la croissance et la microstructure du film déposé. Cela fait de la pulvérisation une méthode polyvalente et précise pour déposer des films minces à partir d'une grande variété de matériaux sur des substrats de formes et de tailles diverses.
En résumé, la pulvérisation cathodique couvre un spectre allant d'impacts balistiques à haute énergie à des mouvements thermiques à faible énergie, contrôlés par des facteurs tels que la pression du gaz, le choix du gaz de pulvérisation et les paramètres du processus. Cette gamme permet un contrôle précis du processus de dépôt, ce qui fait de la pulvérisation un outil précieux pour la science et la technologie des matériaux.
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