A pulverização catódica é um processo em que os átomos são ejectados da superfície de um material devido ao impacto de partículas energéticas. A gama de energia para este processo começa normalmente a partir de um limiar de cerca de dez a cem electrões-volt (eV) e pode estender-se a várias centenas de eV. A energia média é freqüentemente uma ordem de grandeza acima da energia de ligação da superfície.
Qual é a faixa de energia da pulverização catódica? (5 pontos-chave explicados)
1. Energia de limiar para a pulverização catódica
A pulverização catódica ocorre quando um ião transfere energia suficiente para um átomo alvo para ultrapassar a sua energia de ligação à superfície. Este limiar situa-se normalmente entre 10 e 100 eV. Abaixo desta gama, a transferência de energia é insuficiente para ejetar átomos do material alvo.
2. Energia dos átomos pulverizados
A energia cinética dos átomos pulverizados varia muito, mas é geralmente superior a dezenas de electrões-volt, frequentemente cerca de 600 eV. Esta energia elevada é devida à troca de momento durante as colisões ião-átomo. Aproximadamente 1% dos iões que atingem a superfície causam re-sputtering, onde os átomos são ejectados de volta para o substrato.
3. Rendimento de pulverização catódica e dependência energética
O rendimento da pulverização catódica, que é o número médio de átomos ejectados por cada ião incidente, depende de vários factores, incluindo o ângulo de incidência do ião, a energia do ião, os pesos atómicos, a energia de ligação e as condições do plasma. A distribuição de energia dos átomos pulverizados atinge um pico em cerca de metade da energia de ligação da superfície, mas estende-se a energias mais elevadas, com uma energia média frequentemente muito superior ao limiar.
4. Tipos de pulverização catódica e níveis de energia
- Sputtering de díodo DC: Utiliza uma tensão DC de 500-1000 V, com iões de árgon a transferirem energia para os átomos alvo a energias dentro deste intervalo.
- Sputtering por feixe de iões: Envolve energias mais elevadas, com uma energia de pulverização média de 10 eV, que é muito superior às energias térmicas e típica da evaporação a vácuo.
- Sputtering eletrónico: Pode envolver energias muito elevadas ou iões pesados altamente carregados, conduzindo a rendimentos de pulverização elevados, particularmente em isoladores.
5. Aplicações e requisitos energéticos
A pulverização catódica é utilizada em várias aplicações, incluindo a deposição de películas finas, em que a elevada energia cinética dos átomos pulverizados contribui para a formação de películas de elevada qualidade e bem aderentes. O processo normalmente requer energias cinéticas muito mais altas do que as energias térmicas, muitas vezes alcançadas usando tensões CC de 3-5 kV ou freqüências RF em torno de 14 MHz.
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