Die Sputterrate ist ein Maß für die pro Zeiteinheit von einem Target abgetragene Materialmenge, die in der Regel in Form von Monolagen pro Sekunde ausgedrückt wird. Sie wird von mehreren Faktoren beeinflusst, darunter die Sputterausbeute, das Molgewicht des Targetmaterials, die Materialdichte und die Ionenstromdichte.
Erläuterung der Faktoren, die die Sputtering Rate beeinflussen:
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Sputtering Yield (S): Dies ist die Anzahl der Atome, die pro einfallendem Ion aus dem Target ausgestoßen werden. Sie ist ein kritischer Faktor, da sie sich direkt auf die Rate auswirkt, mit der Material vom Target entfernt wird. Die Sputterausbeute hängt vom Targetmaterial, der Masse der beschossenen Teilchen und ihrer Energie ab. Im Allgemeinen steigt die Ausbeute mit der Masse und der Energie der beschossenen Teilchen innerhalb des für das Sputtern typischen Energiebereichs (10 bis 5000 eV).
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Molares Gewicht des Targets (M): Das molare Gewicht des Targetmaterials spielt ebenfalls eine Rolle bei der Bestimmung der Sputterrate. Materialien mit höheren Molgewichten haben andere Sputterraten als leichtere Materialien, vorausgesetzt, alle anderen Faktoren sind konstant.
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Materialdichte (p): Die Dichte des Zielmaterials bestimmt, wie dicht die Atome gepackt sind. Ein dichteres Material hat mehr Atome pro Flächeneinheit, was sich auf die Geschwindigkeit auswirken kann, mit der diese Atome gesputtert werden.
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Ionenstromdichte (j): Dies bezieht sich auf die Menge des Ionenstroms, der auf das Target trifft. Eine höhere Ionenstromdichte bedeutet, dass mehr Ionen pro Flächeneinheit und Zeiteinheit auf das Target treffen, was die Sputterrate erhöhen kann.
Mathematische Darstellung der Sputtering-Rate:
Die Sputterrate kann mathematisch wie folgt dargestellt werden:[ \text{Sputtering rate} = \frac{MSj}{pN_Ae} ]
wobei ( N_A ) die Avogadro-Zahl und ( e ) die Elektronenladung ist. Diese Gleichung zeigt, dass die Sputterrate direkt proportional zur Sputterausbeute, zum Molgewicht und zur Ionenstromdichte und umgekehrt proportional zur Materialdichte und Avogadrozahl ist.Praktische Implikationen und Herausforderungen:
In praktischen Anwendungen ist die Sputterrate entscheidend für die Kontrolle der Abscheidungsrate und der Qualität der Beschichtung. Aufgrund der zahlreichen Variablen (wie Sputterstrom, Spannung, Druck und Abstand zwischen Target und Probe) ist es jedoch oft schwierig, die Sputterrate genau zu berechnen. Daher empfiehlt sich die Verwendung eines Schichtdickenmessgeräts zur Messung der tatsächlich abgeschiedenen Schichtdicke, um den Sputterprozess genauer steuern zu können.
