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La mwawpolverizzazione catodica, mwbaspruzzamento catodico o mwbqvaporizzazione catodicacite-ref-1[1] (in mwcginglese mwcwsputtering, "spruzzamento") è un processo per il quale si ha emissione di mwdaatomi, mwdqioni o frammenti mwdgmolecolari da un materiale solido detto bersaglio (mwdwtarget) bombardato con un fascio di particelle energetiche (generalmente mweaioni).

• Il processo di polverizzazione catodica

• Resa di sputtering

• La cascata di collisioni

• Applicazioni pratiche

• Analisi SIMS

• Note

• Voci correlate

• Altri progetti

• Collegamenti esterni

Nell'intervallo di energia degli ioni abitualmente coinvolti nello sputtering (solitamente minore di 1 mwggkeV per applicazioni di mwgwetching o deposizione), l'interazione tra lo ione incidente e gli atomi del bersaglio, e susseguenti interazioni fra questi ultimi, può essere trattata come una serie di mwhqurti binari.

Lo ione incidente colpisce gli mwhwatomi impacchettati e li disperde in tutte le direzioni (fenomeno detto "cascata di collisioni"), compresa quella che li porta a uscire dal bersaglio. Il materiale viene emesso dal bersaglio dopo una cascata di collisioni e non dopo un singolo urto particella incidente - atomo del bersaglio perché non è possibile che un singolo urto causi una variazione della direzione del mwiamomento sufficiente a far sì che l'atomo del bersaglio abbia una componente di mwiqvelocità diretta verso la direzione di arrivo dello ione incidente.

In base a considerazioni geometriche è chiaro perché l'incidenza obliqua degli ioni che colpiscono il bersaglio aumenta la resa di sputtering: con incidenza non mwiwperpendicolare è più facile che le collisioni conferiscano una componente di velocità diretta verso l'esterno del bersaglio agli atomi del bersaglio stesso.

Tipicamente in un processo di sputtering le particelle energetiche che bombardano il bersaglio sono costituite da ioni; la resa maggiore si ha quando gli ioni incidenti hanno massa paragonabile a quella degli atomi del bersaglio perché in questo caso si ha un più efficiente scambio di energia tra ione incidente ed atomo del bersaglio.

Il materiale viene prevalentemente emesso dal bersaglio sotto forma di particelle elettricamente neutre (atomi non ionizzati, frammenti di molecole, ecc.)

La resa di sputtering è definita come il numero di atomi erosi dal bersaglio per ogni ione incidente.

I fenomeni che avvengono in una cascata di collisioni servono per capire le applicazioni dello sputtering. I seguenti processi, non necessariamente tutti, possono avvenire al bersaglio:

• Un atomo può essere espulso (e viene chiamato ione secondario)

• lo ione incidente può essere impiantato o riflesso, probabilmente come neutro e probabilmente con una grossa perdita in energia.

• L'impatto dello ione e la risultante cascata di collisioni può provocare una quantità di riarrangiamento strutturale nei dintorni del punto di collisione

• un elettrone secondario può essere espulso

• vengono emessi fotoni (visibili, UV e X, a seconda delle energie coinvolte)

Il processo a spruzzo ha diverse applicazioni pratiche, tipicamente nel settore industriale (industria dei mwmwsemiconduttori o dei ricoprimenti superficiali, per esempio) o di ricerca scientifica (fisica dello stato solido, scienza dei materiali), ma tecniche basate sullo spruzzo vengono ormai utilizzate in svariati campi: dall'mwnaarcheologia all'analisi di prove processuali.

Le due principali applicazioni industriali dello sputtering sono comunque:

• mwoaPulizia per polverizzazione anodica: la progressiva erosione del bersaglio può essere impiegata per pulire la superficie da contaminanti superficiali o per assottigliarla. In alternativa, con l'uso di opportune maschere poste sopra il bersaglio, la tecnica si può usare per erodere selettivamente alcune aree di interesse.

• mwogDeposizione per polverizzazione catodica: gli atomi emessi dal bersaglio si ricondensano sulle superfici interne della camera da vuoto, questo fenomeno può essere sfruttato per il ricoprimento di manufatti: basta semplicemente introdurre il pezzo da trattare nella camera da vuoto per un tempo sufficiente alla formazione di uno strato di materiale emesso dal bersaglio sulla sua superficie. La deposizione per sputtering permette di ottenere film di ottima qualità praticamente di ogni tipo di materiale e con particolari accorgimenti consente la realizzazione di ricoprimenti con struttura e proprietà diverse dal materiale di partenza in fase massiva. L'industria dei mwowcompact disc e dei mwpaBlu-ray scrivibili utilizza lo sputtering per la deposizione del sottile strato di alluminio che permette al mwpqlaser di leggere i dati incisi sul soprastante film organico. Tipicamente lo spessore dei ricoprimenti realizzati con questa tecnica va dalla decina di mwpgnm ai mwpwμm.

La deposizione per sputtering rientra nell'insieme di tecniche raggruppate sotto il nome mwqgdeposizione fisica da vapore, cioè deposizione con metodi fisici da fase vapore.

Entrando maggiormente in dettaglio, le tecniche a spruzzo si possono sostanzialmente dividere in tre categorie:

• mwrgmwrwMagnetron sputtering: il sistema di deposizione fa uso di un dispositivo passivo in grado di generare un mwsacampo magnetostatico; generalmente per questo scopo vengono inseriti dei magneti di NdFeB al di sotto del bersaglio di cui si vuole depositare uno strato. In questo modo le particelle e gli ioni dotati di carica elettrica che sono soggetti alla mwsgforza di Lorentz vengono deviate dalla configurazione particolare delle mwswlinee di campo, e confinati maggiormente in prossimità del bersaglio, incrementando notevolmente la resa del processo.

• mwtqRF sputtering: generalmente ci si riferisce a questa tecnica come spruzzo attivato da una radiofrequenza (mwtgRadio Frequency); questa tecnica viene utilizzata per la deposizione di materiali isolanti poiché in questo caso è possibile disperdere la carica che rimane accumulata all'interno del bersaglio. La variazione del campo elettromagnetico ha lo scopo di disperdere le cariche accumulate.

• mwuaDC sputtering: variante dello sputtering tradizionale in cui un'alta tensione continua (mwuqDirect Current) viene mantenuta tra il bersaglio che si vuole evaporare ed il substrato che si vuole ricoprire, qualora il primo sia un materiale metallico conduttivo.

Esistono inoltre applicazioni in cui lo sputtering viene impiegato per scopi di analisi.

La polverizzazione catodica è il processo alla base anche della mwvwspettrometria di massa di ioni secondari (SIMS), una tecnica molto sofisticata di analisi chimica di campioni, largamente utilizzata nell'industria e nella ricerca.

Il processo di collisione in cascata, in questo tipo di tecnica, interessa generalmente i primi 10mwwq nm del campione, tuttavia durante un'analisi SIMS in condizioni tipiche circa il 95% del materiale riemesso proviene dai primi 1-2mwwg nm, dunque la risoluzione in profondità del SIMS è di circa 3÷10mwww nm. Nel caso di campioni in forma cristallina la penetrazione degli ioni primari è in genere più elevata, a causa della presenza di direzioni privilegiate nei cristalli (si ha il cosiddetto mwxachannelling process). In questo caso non si può applicare il metodo delle collisioni a cascata, poiché gli mwxqioni primari interagiscono con la struttura cristallina nel suo complesso, piuttosto che con un singolo mwxgatomo alla volta.

L'mwyaenergia cinetica del materiale emesso nel processo di erosione è variabile: gli ioni secondari atomici hanno energie molto basse, dell'ordine dei 20 eV. Gli ioni molecolari hanno energie inferiori, poiché l'energia cinetica ceduta dagli ioni primari alle molecole è convertita anche in energia rotovibrazionale.

L'mwygenergia di ionizzazione degli elementi contenuti nel campione è il parametro decisivo per la generazione di ioni secondari positivi. Per quanto riguarda la creazione di ioni secondari negativi, il parametro di riferimento è invece l'mwywaffinità elettronica. Oltre a ciò, la probabilità di ionizzazione dipende fortemente dall'ambiente chimico che circonda l'atomo considerato (mwzaeffetto di matrice). La forte influenza dell'effetto di matrice rende piuttosto complicata la quantificazione dei risultati delle analisi SIMS.

cite-note-11. ↑ citereftreccani-spruzzamentomwawmwbaSpruzzamento, in mwbqTreccani.it – mwbgVocabolario Treccani on line, Roma, Istituto dell'Enciclopedia Italiana. mwbwURL consultato il 19 settembre 2017.

• mwcwResa di sputtering

• mwdqSIMS

• mwdwSpettrometria di massa a sputtering di neutri

Altri progetti

• Wikibooks

• Wikimedia Commons

• Wikibooks contiene testi o manuali su Polverizzazione catodica

• Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su Polverizzazione catodica

• mwfa(EN) IUPAC Gold Book, "sputtering", su goldbook.iupac.org.

• mwfg(EN) Sputtering Fondamenti - Film animato di un processo sputtering, su heraeus-targets.com. URL consultato il 26 novembre 2009 (archiviato dall'url originale il 7 agosto 2009).