Die Sputterausbeute, auch bekannt als physikalische Sputterrate, ist ein Maß für die Anzahl der Atome, die von einer Oberfläche pro auftreffendem energetischen Teilchen verloren gehen. Sie ist ein wichtiger Faktor bei der Sputterabscheidung, da sie die Sputterabscheidungsrate beeinflusst.
Die Sputterausbeute hängt in erster Linie von drei Hauptfaktoren ab: dem Targetmaterial, der Masse der auftreffenden Teilchen und der Energie der auftreffenden Teilchen. In dem Energiebereich, in dem das Sputtern stattfindet (10 bis 5000 eV), steigt die Sputterausbeute mit der Masse und der Energie der Teilchen.
Die Sputterausbeute wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst, u. a. vom Winkel, in dem die Ionen auf die Oberfläche treffen, von der Ionenenergie während der Kollision, vom Gewicht der Ionen, vom Gewicht der Atome des Zielmaterials, von der Bindungsenergie zwischen den Atomen des Zielmaterials, von der Stärke des Magnetfelds und von Konstruktionsfaktoren (bei Magnetronkathoden) sowie vom Plasmagasdruck.
Um ein Atom aus dem Targetmaterial herauszuschleudern, müssen die Ionen eine Mindestenergie haben, in der Regel 30-50 eV, die vom Material abhängt. Oberhalb dieser Schwelle steigt die Sputterausbeute an. Der Anstieg der Ausbeute flacht jedoch bei hohen Ionenenergien schnell ab, da die Energie tiefer im Target deponiert wird und kaum die Oberfläche erreicht.
Das Verhältnis der Massen des Ions und des Targetatoms bestimmt den möglichen Impulstransfer. Bei leichten Targetatomen wird die maximale Ausbeute erreicht, wenn die Masse von Target und Ion annähernd übereinstimmen. Mit zunehmender Masse der Targetatome verschiebt sich die maximale Ausbeute jedoch zu höheren Massenverhältnissen zwischen Ion und Targetatom.
Die Sputterausbeute hat bei Sputterverfahren Vorteile, wie z. B. hohe Abscheideraten und die Möglichkeit, eine breite Palette von Materialien abzuscheiden. Sie hat jedoch auch Nachteile, darunter hohe Investitionskosten, relativ niedrige Abscheideraten für einige Materialien, Abbau organischer Feststoffe durch Ionenbeschuss und eine größere Tendenz zur Einbringung von Verunreinigungen in das Substrat im Vergleich zur Abscheidung durch Verdampfung.
Insgesamt ist die Sputterausbeute ein wichtiger Parameter, der bei Sputterbeschichtungsprozessen zu berücksichtigen ist, da er die Effizienz und Effektivität des Beschichtungsprozesses bestimmt.
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