Os ímanes são colocados atrás do alvo na pulverização catódica para melhorar a ionização do gás de pulverização catódica e aumentar a taxa de deposição, ao mesmo tempo que protegem o substrato de um bombardeamento excessivo de iões.
Isto é conseguido através da interação do campo magnético com o campo elétrico, que altera o caminho dos electrões, aumentando a sua eficiência de ionização e direcionando-os para longe do substrato.
4 razões principais explicadas
1. Aumento da taxa de ionização e deposição
Na pulverização catódica por magnetrão, a adição de um campo magnético atrás do alvo cria uma interação complexa com o campo elétrico.
Esta interação faz com que os electrões sigam uma trajetória em espiral ou cicloide em vez de uma linha reta.
Os electrões presos movem-se numa trajetória circular diretamente acima da superfície do alvo, aumentando significativamente a sua probabilidade de colidir com moléculas de gás neutro e de as ionizar.
Esta ionização acrescida conduz a um maior número de iões disponíveis para bombardear o material alvo, aumentando assim a erosão do alvo e a subsequente deposição de material no substrato.
A densidade de electrões é mais elevada onde as linhas do campo magnético são paralelas à superfície do alvo, conduzindo a uma área localizada de elevada ionização e pulverização catódica.
2. Proteção do substrato
O campo magnético também serve para confinar os electrões perto da superfície do alvo, reduzindo a sua capacidade de atingir e potencialmente danificar o substrato.
Este confinamento não só protege o substrato como também concentra o processo de ionização perto do alvo, optimizando a eficiência da pulverização.
Os iões, devido à sua maior massa, são menos afectados pelo campo magnético e, por isso, continuam a atingir o alvo diretamente abaixo da área de elevada densidade de electrões, conduzindo às trincheiras de erosão caraterísticas observadas na pulverização catódica por magnetrão.
3. Utilização de ímanes permanentes
Os sistemas modernos de pulverização catódica utilizam normalmente um sistema de ímanes permanentes localizados atrás do alvo.
Estes ímanes ajudam a conter os electrões secundários gerados pela colisão dos iões com a superfície do alvo.
Estes electrões, mantidos perto da superfície do alvo pelo forte campo magnético, aumentam ainda mais a ionização do gás de pulverização e, por vezes, até ionizam alguns dos adátomos do alvo.
O movimento rápido destes electrões ao longo das linhas do campo magnético aumenta a sua eficiência de ionização, contribuindo para a eficácia global do processo de pulverização catódica.
4. Resumo
Em resumo, a colocação de ímanes atrás do alvo na pulverização catódica é crucial para melhorar a ionização do gás de pulverização catódica, aumentar a taxa de deposição e proteger o substrato do bombardeamento iónico.
Isto é conseguido através da interação complexa dos campos magnéticos e eléctricos, que altera o caminho dos electrões e concentra o processo de ionização perto da superfície do alvo.
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