Die Sputterrate hängt von mehreren Faktoren ab, darunter die Energie der einfallenden Ionen, die Massen der Ionen und der Targetatome, die Bindungsenergie der Atome im Festkörper, die Sputterausbeute, das Molgewicht des Targets, die Materialdichte und die Ionenstromdichte.
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Energie der einfallenden Ionen: Die Energie der auf die Oberfläche des Targets auftreffenden Ionen ist von entscheidender Bedeutung, da sie die Menge des Materials bestimmt, die ausgestoßen werden kann. Ionen mit höherer Energie können Atome effektiver von der Target-Oberfläche verdrängen, was zu einer höheren Sputterrate führt.
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Massen der Ionen und der Target-Atome: Die Masse der einfallenden Ionen im Verhältnis zur Masse der Zielatome wirkt sich auf die Sputteringrate aus. Schwerere Ionen können beim Aufprall mehr Energie auf die Zielatome übertragen, was die Wahrscheinlichkeit des Ausstoßes erhöht. Wenn die Zielatome schwerer sind, ist es weniger wahrscheinlich, dass sie verdrängt werden, es sei denn, die auftreffenden Ionen sind ebenfalls schwer und energiereich.
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Bindungsenergie von Atomen im Festkörper: Die Bindungsenergie der Atome im Zielmaterial beeinflusst, wie leicht sie herausgeschleudert werden können. Höhere Bindungsenergien erfordern mehr Energie, um die Atome zu verdrängen, was die Sputterrate verringern kann, es sei denn, die einfallenden Ionen haben genügend Energie, um diese Bindung zu überwinden.
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Sputter-Ausbeute: Dies ist die Anzahl der pro einfallendem Ion ausgestoßenen Zielatome und wirkt sich direkt auf die Sputterrate aus. Eine höhere Sputterausbeute bedeutet, dass mehr Atome pro Ionenstoß ausgestoßen werden, was zu einer schnelleren Sputterrate führt.
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Molares Gewicht des Targets (M): Das molare Gewicht des Targetmaterials wird in die Gleichung für die Sputterrate einbezogen, was zeigt, wie wichtig es für die Bestimmung der Rate ist, mit der das Material vom Target entfernt wird.
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Materialdichte (p): Die Dichte des Targetmaterials wirkt sich auf die Sputterrate aus, da dichtere Materialien mehr Atome pro Flächeneinheit aufweisen, was zu einer höheren Rate des Atomausstoßes führen kann.
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Ionenstromdichte (j): Die Ionenstromdichte, d. h. die Anzahl der Ionen, die pro Flächeneinheit und pro Zeiteinheit auf das Target treffen, beeinflusst die Sputterrate erheblich. Höhere Ionenstromdichten führen zu häufigeren Ionenstößen, was die Sputterrate erhöhen kann.
Diese Faktoren werden in der Gleichung für die Sputterrate mathematisch dargestellt: Sputterrate = (MSj)/(pNAe), wobei NA für die Avogadro-Zahl und e für die Elektronenladung steht. Diese Gleichung zeigt die gegenseitige Abhängigkeit dieser Faktoren bei der Bestimmung der gesamten Sputteringrate.
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