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O processo de pulverização catódica por magnetrão é uma técnica de deposição de película fina amplamente utilizada que envolve a ejeção de material de um alvo para um substrato utilizando um campo magnético e um ambiente de plasma.O processo começa com a introdução de um gás inerte, normalmente árgon, numa câmara de vácuo.É aplicada uma alta tensão para criar um plasma, que ioniza o gás árgon.Os iões de árgon carregados positivamente são então atraídos para o material alvo carregado negativamente, fazendo com que os átomos sejam ejectados do alvo.Estes átomos ejectados viajam através do vácuo e depositam-se no substrato, formando uma película fina.O processo é reforçado por ímanes que criam um campo magnético, prendendo os electrões e aumentando a eficiência da geração de iões.Este método é altamente versátil, compatível com uma vasta gama de materiais e oferece elevadas taxas de deposição.

Pontos-chave explicados:

1. Introdução do gás inerte:

   • O processo começa com a introdução de um gás inerte, geralmente árgon, numa câmara de vácuo.Este gás é essencial para criar o plasma necessário para a pulverização catódica.O árgon é escolhido porque é quimicamente inerte e ioniza-se facilmente sob a tensão aplicada.

2. Criação do Plasma:

   • É aplicada uma alta tensão ao sistema, criando um plasma gasoso próximo do campo magnético do alvo.Este plasma é constituído por átomos de gás árgon, iões de árgon e electrões livres.O plasma é crucial para gerar os iões que irão bombardear o material alvo.

3. Bombardeamento de iões e Sputtering:

   • Os iões de árgon com carga positiva são atraídos pelo material alvo com carga negativa.Quando estes iões colidem com o alvo, ejectam átomos da superfície do alvo.Este processo é conhecido como sputtering.Os átomos ejectados ficam então livres para viajar através da câmara de vácuo.

4. Aumento do campo magnético:

   • Um conjunto de ímanes permanentes é colocado atrás do cátodo/alvo para criar um campo magnético.Este campo magnético aprisiona os electrões perto do alvo, aumentando a eficiência da geração de iões e melhorando o processo de pulverização catódica.O campo magnético também ajuda a controlar a velocidade e a direção das partículas carregadas.

5. Deposição no substrato:

   • Os átomos ejectados do alvo viajam através do vácuo e depositam-se na superfície do substrato.Esta deposição forma uma película fina sobre o substrato.Normalmente, o substrato é colocado num suporte dentro da câmara de deposição para garantir um revestimento uniforme.

6. Vantagens da pulverização catódica por magnetrão:

   • Altas taxas de deposição:O campo magnético aumenta a densidade do plasma, conduzindo a taxas de deposição mais elevadas em comparação com outros métodos de pulverização catódica.
   • Versatilidade de materiais:A pulverização catódica por magnetrão é compatível com uma vasta gama de materiais, incluindo metais, ligas e compostos.Pode depositar materiais sem que estes tenham de derreter ou evaporar.
   • Composição mantida:O processo permite a deposição de compostos e ligas mantendo a sua composição original, o que é crucial para aplicações que exigem propriedades materiais precisas.

7. Contexto histórico e evolução:

   • A pulverização catódica foi observada pela primeira vez na década de 1850, mas tornou-se comercialmente relevante na década de 1940 com a pulverização catódica de díodos.No entanto, a pulverização catódica por díodo tinha limitações, como baixas taxas de deposição e custos elevados.A pulverização catódica por magnetrão foi introduzida em 1974 como uma alternativa melhorada, oferecendo taxas de deposição mais elevadas e aplicações mais vastas.

8. Componentes principais do sistema:

   • Suporte de substrato:Mantém o substrato no sítio durante o processo de deposição.
   • Câmara de bloqueio de carga:Permite a introdução e remoção de substratos sem quebrar o vácuo na câmara principal.
   • Câmara de deposição:A câmara principal onde ocorre o processo de pulverização catódica.
   • Pistola de pulverização com material alvo:A origem do material a depositar.
   • Ímanes fortes:Criar o campo magnético necessário para o processo.
   • Sistema de fluxo de gás árgon:Introduz e controla o fluxo de gás árgon na câmara.
   • Potência CC de alta tensão:Inicia e mantém o plasma.

Ao compreender estes pontos-chave, é possível apreciar a complexidade e a eficiência do processo de pulverização catódica por magnetrão, tornando-o um método preferido para a deposição de películas finas em várias aplicações industriais e de investigação.

Tabela de resumo:

Aspeto-chave	Descrição
Gás inerte	O gás árgon é introduzido numa câmara de vácuo para criar plasma.
Criação de plasma	A alta tensão ioniza o gás árgon, gerando plasma para o bombardeamento de iões.
Bombardeamento de iões	Os iões de árgon colidem com o alvo, ejectando átomos para deposição.
Campo magnético	Os ímanes retêm os electrões, aumentando a geração de iões e a eficiência da pulverização catódica.
Deposição	Os átomos ejectados depositam-se no substrato, formando uma película fina.
Vantagens	Altas taxas de deposição, versatilidade do material e composição mantida.
Componentes principais	Suporte de substrato, câmara de bloqueio de carga, pistola de pulverização, ímanes, sistema de fluxo de árgon.

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