是什么决定了溅射所需的能量？高效薄膜沉积的关键因素

溅射所需的能量由克服目标材料表面结合能所需的最小能量阈值决定。这个阈值通常在 10 到 100 电子伏特 (eV) 之间，受入射离子能量、离子和靶原子的质量以及入射角度等因素的影响。溅射产率，即每个入射离子喷射出的靶原子数量，取决于这些因素，并因不同的靶材料和溅射条件而异。溅射率对薄膜的均匀沉积至关重要，它受离子能量、靶原子质量和其他参数（如腔室压力和所用电源类型（直流或射频））的影响。

要点说明：

溅射的最小能量阈值:
- 溅射所需的最小能量是指将足够的能量传递给靶原子以克服其表面结合能所需的能量。
- 这个阈值通常在 10 至 100 eV .
- 初级能量是将一个原子从目标材料表面移除所需的最小能量，通常是 3到4倍。 比表面靶原子的结合能大 3 到 4 倍。
影响溅射能量的因素:
- 入射离子能量:离子撞击目标材料的能量在决定是否会发生溅射中起着至关重要的作用。离子能量越高，发生溅射的可能性就越大。
- 离子和靶原子的质量:入射离子和靶原子之间的质量比会影响能量传递效率。较重的离子能将更多的能量转移到靶原子上，从而促进溅射。
- 入射角:离子撞击靶表面的角度会影响溅射产率。通常，更直接的角度（更接近垂直）会导致更高的溅射产率。
溅射产量:
- 溅射产率的定义是每个入射离子射出的靶原子数。
- 它取决于入射离子的能量、离子和靶原子的质量以及入射角度。
- 不同靶材和溅射条件下的产率各不相同，因此是薄膜沉积过程中的一个关键参数。
溅射速率:
- 溅射率是指每秒从靶材表面溅射出的单层膜数量。
- 它受溅射产量 (S)、靶材摩尔重量 (M)、材料密度 (p) 和离子电流密度 (j) 的影响。
- 溅射率可用公式计算： 溅射率 = (MSj)/(pNAe) 其中 NA 是阿伏加德罗数， e 是电子电荷。
腔室压力和电源的作用:
- 腔体压力:溅射腔内的压力会影响沉积薄膜的覆盖率和均匀性。最佳的压力条件可以提高薄膜的质量。
- 电源类型:直流电源和射频电源的选择会影响沉积速率、材料兼容性和成本。直流溅射通常用于导电材料，而射频溅射则适用于绝缘材料。
过剩能量和表面迁移率:
- 在溅射过程中，金属离子的过剩能量会增加表面迁移率，从而影响沉积薄膜的质量。
- 更高的表面迁移率可以使薄膜更均匀，缺陷更少，这对于需要高质量薄膜的应用来说至关重要。

了解了这些关键点，就能更好地控制溅射过程，实现薄膜沉积的预期结果，确保薄膜的均匀性、质量和效率。

汇总表：

关键因素	描述
最低能量阈值	克服表面结合能所需的能量，通常为 10-100 eV。
入射离子能量	离子能量越高，溅射的可能性越大。
离子和靶原子的质量	较重的离子可传递更多能量，从而促进溅射。
入射角	直角（更接近垂直）产生的溅射率更高。
溅射产量	每个入射离子射出的靶原子数，因材料和条件而异。
溅射率	受溅射产量、摩尔重量、材料密度和离子电流的影响。
腔室压力	影响薄膜的均匀性；最佳压力可提高质量。
电源（直流/射频）	直流用于导电材料，射频用于绝缘材料。
过剩能量和流动性	提高表面流动性，改善薄膜均匀性并减少缺陷。