Die Sputterausbeute eines Targets ist die durchschnittliche Anzahl von Atomen, die pro einfallendem Ion aus dem Target ausgestoßen werden.
Diese Ausbeute hängt von mehreren Faktoren ab, darunter die kinetische Energie und Masse der Ionen, die Masse der Targetatome, die Bindungsenergie der Oberflächenatome, der Einfallswinkel der Ionen und die Energie, mit der die Ionen auf das Target treffen.
4 Schlüsselfaktoren, die die Sputterausbeute beeinflussen
1. Kinetische Energie und Masse der Ionen
Die Sputterausbeute steigt mit der Energie und Masse der einfallenden Ionen.
Es gibt eine Mindest-Energieschwelle (in der Regel 30-50 eV), die erforderlich ist, um ein Atom aus dem Target auszustoßen.
Oberhalb dieses Schwellenwerts steigt die Ausbeute zunächst rasch an, flacht dann aber mit zunehmender Ionenenergie ab, da Ionen mit höherer Energie ihre Energie tiefer im Target deponieren und die Wirksamkeit an der Oberfläche verringern.
2. Masse der Zielatome
Das Verhältnis der Massen von Ionen- und Target-Atomen beeinflusst den Impuls-Transfer.
Bei leichten Target-Atomen wird die maximale Ausbeute erreicht, wenn die Masse von Target und Ion ungefähr gleich ist.
Mit zunehmender Masse der Zielatome verschiebt sich das optimale Massenverhältnis jedoch zu Ionen mit höherer Masse.
3. Bindungsenergie der Oberflächenatome
Auch die Bindungsenergie zwischen den Atomen des Zielmaterials spielt eine entscheidende Rolle.
Höhere Bindungsenergien erfordern mehr Energie zum Lösen der Atome, was sich auf die Sputterausbeute auswirkt.
4. Einfallswinkel
Der Winkel, unter dem die Ionen auf die Oberfläche des Zielmaterials treffen, kann die Sputterausbeute erheblich beeinflussen.
In der Regel kann ein steilerer Winkel die Ausbeute erhöhen, da die Energie direkter auf die Oberflächenatome übertragen wird.
Andere Faktoren
Weitere Faktoren wie das Vorhandensein eines Magnetfelds (beim Magnetronsputtern), der Druck des Plasmagases und die spezifische Sputtertechnik (z. B. Ionenstrahl, reaktives Sputtern) können die Sputterausbeute ebenfalls beeinflussen.
Sputterausbeute in der Praxis
Bei praktischen Anwendungen wie der Sputterabscheidung ist die Sputterausbeute von entscheidender Bedeutung, da sie sich direkt auf die Abscheiderate auswirkt.
Die Ausbeute kann je nach Targetmaterial und den Bedingungen des Sputterprozesses stark variieren.
Bei einer Ionenenergie von 600 eV weisen beispielsweise verschiedene Materialien unterschiedliche Sputterausbeuten auf, die von den oben genannten Faktoren beeinflusst werden.
Schlussfolgerung
Die Sputterausbeute ist ein komplexer Parameter, der durch die Wechselwirkung der einfallenden Ionen mit dem Targetmaterial bestimmt wird.
Das Verständnis und die Kontrolle dieser Wechselwirkungen ist für die Optimierung von Sputterprozessen in verschiedenen Industrie- und Forschungsanwendungen unerlässlich.
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