اسپاترینگ رو میزی (کندوپاش یونی)

به گزارش آزماتجهیز : اسپاترینگ یا کندوپاش یکی از روش‌های رایج لایه‌نشانی مبتنی بر خلاء می‌باشد. در فرآیند اسپاترینگ با انتقال انرژی یون‌‌های پرانرژی به ماده کاتد و کندن اتم‎های کاتد لایه نشانی انجام می‌شود. پس از ایجاد خلاء در محفظه دستگاه ، با اعمال اختلاف پتانسیل الکتریکی بین کاتد (فلز هدف) و آند، گاز موجود در محفظه دستگاه یونیزه شده و سبب ایجاد یک محیط پلاسما در دستگاه اسپاترینگ می‌شود. برخورد اتم‌های گازی پرانرژی به ماده هدف (کاتد) سبب کنده شدن اتم‌های ماده هدف و رسوب آن بر روی زیرلایه و تشکیل یک لایه نازک می‌شود. یکی از ویژگی‌های لایه‌نشانی به روش اسپاترینگ امکان لایه‌نشانی انواع مواد فلزی و سرامیکی است. از آنجایی که این روش لایه‌نشانی، در دسته روش‌های فیزیکی قرار می‌گیرد، بنابراین حتی مواد با نقطه ذوب بالا به راحتی تبخیر شده و تشکیل لایه می‌دهند. گاز مورد نیاز برای ایجاد محیط پلاسما از میان گازهای نجیب انتخاب می‌شود. متداول‌ترین گاز نجیب مورد استفاده در دستگاه اسپاترینگ، گاز آرگون می‌باشد. البته با توجه به شرایط لایه‌نشانی از سایر گازهای نجیب همانند نئون و کریپتون نیز می‌توان استفاده کرد. شکل زیر شمایی از فرآیند اسپاترینگ برای تشکیل لایه‌های نازک را نشان می‌دهد.

دستگاه‌های کندوپاش انواع مختلفی دارند. دستگاه‌های کندوپاش جریان مستقیم (DC Sputtering) فقط برای لایه نشانی فلزات مورد استفاده قرار می‌گیرند. البته در این دستگاه‌ها با استفاده از ترکیبی از گازهای آرگون و اکپسیژن، آرگون و نیتروژن، آرگون و گازهای هیدروکربنی امکان لایه نشانی ترکیبات کاربیدی، اکسیدی و نیتریدی نیز وجود دارد. در دستگاه اسپاترینگ مجهز به فرکانس رادیویی (RF Sputtering) از فرکانس‌های رادیویی برای یوونیزه کردن گاز آرگون و لایه‌نشانی استفاده می‌شود. در این روش امکان لایه نشانی انواع فلزات و سرامیک‌ها وجود دارد. به منظور بهبود راندمان لایه نشانی از میدان‌های مغناطیسی در دستگاه‌های اسپاترینگ استفاده می‌شود (Magnetron Sputtering). قرار دادن یک آهنربا در پشت فلز هدف تعداد برخورد‌ها به فلز هدف را افزایش داده و سرعت تشکیل لایه بر روی زیرلایه را تسریع می‌‎کند. در دستگاه های اسپاترینگ میدان مغناطیسی، محیط پلاسما به ناحیه نزدیک به کاتد محدود می‌شود و بنابراین امکان استفاده از گاز نجیب در فشارهای کمتر فراهم می‌شود. یکی از مزایای محدود شدن محیط پلاسما و فشار کمتر گاز نجیب مورد استفاده، حرکت آزادانه اتم‌های کنده شده از کاتد در مسیر زیرلایه است که می تواند بهبود لایه نشانی را در پی داشته باشد.

بیشتربدانید : میکرو بورت

در فرآیندهای معمول اسپاترینگ کاتد (فلز هدف) و آند در مقابل یکدیگر قرار دارند. با این وجود برای بهبود عملکرد دستگاه اسپاترینگ روش‌های دیگری نیز ابداع شدند که در آن‌ها فلز هدف در مقابل آند قرار نمی‌گیرد. در دستگاه‌های اسپپاترینگ الکترود کاتد و آند در برابر یکدیگر قرار گرفته و فلز هدف در اینجا در نقش کاتد دستگاه نیست. با گسیل الکترون‌ها از کاتد به سمت آند و برخورد به مولکول‌های گاز آرگون، محیط پلاسما ایجاد شده و سپس با برخورد اتم‌های یونیزه شده به فلز هدف اتم‌های فلز هدف کنده شده و بر روی زیرلایه تشکیل لایه نازک می‌دهند. در این دستگاه‌ها می‌توان از فشارهای پایین گاز آرگون برای لایه نشانی استفاده کرد این روش برای لایه نشانی لایه‌های ابررسانا و در کاربردهای نیمه صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند.

کاربردهای روش اسپاترینگ:

– لایه نشانی انواع لایه‌های فلزی و سرامیکی

– لایه نشانی فلز طلا بر روی نمونه‌های نارسانا جهت تصویر برداری در میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)

– در صنایع نیمه رسانا به منظور ایجاد حکاکی با شکل مورد نظر از روش اسپاترینگ استفاده می‌شود.

– برای تمیزکاری و فعال سازی سطح، دستگاه لایه نشانی کاربرد دارد.