Sputtering Flashcards
(11 cards)
Processo
Vaporização física (não térmica) de átomos de uma superfície por transferência de momento do bombardeamento de partículas energéticas de tamanho atómico que se depositarão num substrato.
* Bom vácuo, normalmente melhor que 10−5 Torr
* Baixa pressão, cerca de 5 mTorr usando um gás para formar um plasma (sem colisão com átomos pulverizados)
* Alta pressão, acima de 5 mTorr até 50 mTorr (com colisão com átomos pulverizados)
Desvantagens
(1) taxas de deposição lentas
(2) porque os iões que bombardeiam a superfície são um gás, podem normalmente ser encontrados vestígios do gás nas películas revestidas e os gases aprisionados afectam por vezes negativamente as propriedades mecânicas.
Livro
- Se a superfície de um sólido (ou líquido) for bombardeada por partículas atómicas de energia suficientemente elevada
- Os átomos individuais da superfície podem adquirir energia suficiente devido à colisão para serem ejetados da superfície por transferência de momento - Sputtering
- A forma mais conveniente de partícula de alta energia é um gás ionizado, como o árgon, energizado por meio de um campo elétrico para formar um plasma.
- Como um processo PVD, a sputtering envolve o bombardeamento do material de revestimento catódico com iões de árgon (Ar), fazendo com que os átomos da superfície escapem e sejam depositados num substrato, formando uma fina película na superfície do substrato.
- O substrato deve ser colocado próximo do cátodo e é normalmente aquecido para melhorar a ligação dos átomos do revestimento.
- Enquanto a evaporação sob vácuo se limita geralmente aos metais, a pulverização catódica pode ser aplicada a quase todos os materiais - elementos metálicos e não metálicos, ligas, cerâmicas e polímeros.
- As películas de ligas e compostos podem ser depositadas por sputtering sem alterar as suas composições químicas.
- As películas de compostos químicos também podem ser depositadas utilizando gases reativos que formam óxidos, carbonetos ou nitretos com o metal pulverizado.
Camara ao vacuo?
- Camara não em vácuo – quase nunca está
- Gás da camara forma plasma e é acelerado na presença de campo elétrico e colide com alvo – que queremos depositar
- Na colisão de iões positivos com elemento são ejetados átomos perdigotados do susbtrato
- Campo elétrico entre alvo (carregado negativamente) e que atrai iões positivos
Parametros
- Pressão de trabalho (gás plasmático)
- Potência/corrente
- Composição/propriedades alvo
- Tempo de deposição
- Fixação na câmara de deposição
- Temperatura (alvo e substrato)
Yield-Rendimento
- O rendimento é dado pelo número de átomos pulverizados dividido pelo número de iões incidentes.
- O ângulo de incidência (θ) é o ângulo entre o feixe e o normal da superfície alvo.
- Para o argônio o máximo ocorre a cerca de 70º fora do normal e pode atingir até 2-3 vezes maior do que a incidência normal θ = 0°.
- Evaporação térmica – energia cinetica das particulas
- No sputtering temos e cinética superior e a veloidade e massa delas
- Carbono yield baixo em relação ao outros- é leve mas forças de ligação c-c são muito altas
- Energia tem de ser tal que maximizo quantidade de atomos arrancados
- Ag há aumento e depois há manutenção
- Massa e velocidade de iao bombardeado contra superfície
- Átomos arrancados depende da ligação e da massa
- Átomos leves n são facilmente arrancadas devido as ligações
Sputtering Magnetron DC
- O modo de corrente contínua (CC) é o mais comum
- A principal vantagem: Um plasma denso pode ser formado perto do cátodo a baixas pressões para que os iões possam ser acelerados do plasma para o cátodo sem perda de energia devido a colisões físicas e de troca de carga
Notas:
* Concentra plasma junto ao alvo
* Se não houver nada a captar plasma ele expande se pela camara, mas com campos magnéticos captam se partículas carregadas magneticamente
* Trabalhar com menos gás e perder menos energia
* Imanes debaixo do alvo que criam campo magnético e capturam plasma junto ao alvo
Pros e contras
Prós
* Alta taxa de pulverização - Taxa de deposição mais elevado – bombardeamento mais intenso devido a mais iões a bombardear e ptt mais ioes a sair
* Menor potencial do que a configuração convencional de diodo CC (várias centenas de volts)
Consome menor energia
Contras
* A configuração do magnetron planar é que o plasma não é uniforme sobre a superfície alvo (em configuração plana);
* O padrão de deposição depende da posição do substrato em relação ao alvo;
* Vários tipos de fixação devem ser usados para estabelecer a equivalência de posição para o(s) substrato(s);
* A utilização do alvo não é uniforme (às vezes com apenas 10-30% do material alvo sendo usado antes que o alvo seja reciclado).
Alvos planares- ejeção de material não uniforme – porta amostras que façam oscilação do substratos para que taxa de deposição uniforme
Pulverização de RF
Pressões de gás mais baixas
* O alvo funciona como um capacitor (shunt em frequências mais altas)
* Alto CTE de alvos isolantes (propensos a rachaduras)
Corrente alternada para alternar corrente do alvo e do substrato
1 meio ciclo - ioes positivos pulverizados contra substratp
2. Meio ciclo eletroes para o alvo para neutralizar iões + para n haver building up
Pulverização de RF - Pulverização de ligas e compostos
Pulverização de ligas e compostos
* Cada camada de átomos é removida antes da segunda camada (sem difusão).
* O fluxo de átomos pulverizados tem a mesma composição que o volume, mesmo que as espécies atómicas presentes tenham rendimentos diferentes (exceto quando a diferença é muito elevada onde o depósito terá com diferentes proporções.
o Exemplo extremo disso é um alvo contendo Al e W;
Al com ser sputtered enquanto W não.
Na maioria das vezes, a pulverização de ligas complexas é muito mais fácil do que a evaporação térmica.
- Notas:
o Deposição de ligas
o Podemos ter uma liga como isto é depositado camada a camada- para se depositar 3 a camada tem de ser sair a segunda
o Se composição da liga for homogenea – al sai e fica mais ti e v e por ai fora
o Com yields muito diferentes podemos não conseguir tirar outro elemento
Pulverização de ligas e compostos
- Com compostos, o sputtering tende a perder alguns dos constituintes mais voláteis da molécula (ex. TiO2) enriquecimento do elemento menos volátil na superfície alvo e uma perda na estequiometria.
- Solução: Deposição quase reativa
- A deposição reativa pode ser usada, enquanto o gás dentro da câmara pode conter oxigênio para reagir com os elementos que estão sendo pulverizados (ex. O + Ti).
o O oxigénio ou o azoto podem ser utilizados como gases reativos.
o Os gases reativos podem formar uma camada composta na superfície do alvo (chamado envenenamento do alvo) diminuindo a taxa de pulverização e a eficiência do processo.
o Como ocorre na evaporação térmica, a pureza alvo é essencial para alcançar as propriedades desejadas do filme.
o O condicionamento alvo (pré-pulverização) deve ser usado para limpar o alvo (depositando com um obturador ligado) e remover óxidos e contaminação (espécies adsorvidas). - Notas:
o Gas na camara e é útil para depositar materiais com óxidos e nitretos
o Oxigénio pode contaminar superfície do alvo
