Sputter depositionFrom Wikipedia, the free encyclopedia

Sputter deposition is a physical vapor deposition (PVD) method of depositing thin films by sputtering. This involves ejecting material from a "target" that is a source onto a "substrate" such as a silicon wafer. Resputtering is re-emission of the deposited material during the deposition process by ion or atom bombardment. Sputtered atoms ejected from the target have a wide energy distribution, typically up to tens of eV (100,000 K). The sputtered ions (typically only a small fraction — order 1% — of the ejected particles are ionized) can ballistically fly from the target in straight lines and impact energetically on the substrates or vacuum chamber (causing resputtering). Alternatively, at higher gas pressures, the ions collide with the gas atoms that act as a moderator and move diffusively, reaching the substrates or vacuum chamber wall and condensing after undergoing a random walk. The entire range from high-energy ballistic impact to low-energy thermalized motion is accessible by changing the background gas pressure. The sputtering gas is often an inert gas such as argon. For efficient momentum transfer, the atomic weight of the sputtering gas should be close to the atomic weight of the target, so for sputtering light elements neon is preferable, while for heavy elements krypton or xenon are used. Reactive gases can also be used to sputter compounds. The compound can be formed on the target surface, in-flight or on the substrate depending on the process parameters. The availability of many parameters that control sputter deposition make it a complex process, but also allow experts a large degree of control over the growth and microstructure of the film.

Contents 1 Uses of sputtering 2 Comparison with other deposition methods 3 Types of sputter deposition

o 3.1 Ion-beam sputtering o 3.2 Reactive sputtering o 3.3 Ion-assisted deposition o 3.4 High-target-utilization sputtering

o 3.5 High-power impulse magnetron sputtering (HIPIMS) o 3.6 Gas flow sputtering

4 Structure and morphology 5 See also 6 References 7 Further reading 8 External links

Uses of sputteringSputtering is used extensively in the semiconductor industry to deposit thin films of

various materials in integrated circuit processing. Thin antireflection coatings on glass for optical applications are also deposited by sputtering. Because of the low substrate temperatures used, sputtering is an ideal method to deposit contact metals for thin-film transistors. Perhaps the most familiar products of sputtering are low-emissivity coatings on glass, used in double-pane window assemblies. The coating is a multilayer containing silver and metal oxides such as zinc oxide, tin oxide, or titanium dioxide. A large industry has developed around tool bit coating using sputtered nitrides, such as titanium nitride, creating the familiar gold colored hard coat. Sputtering is also used as the process to deposit the metal (e.g. aluminium) layer during the fabrication of CDs and DVDs.

Hard disk surfaces use sputtered CrOx and other sputtered materials. Sputtering is one of the main processes of manufacturing optical waveguides and is another way for making efficient photovoltaic solar cells.

Comparison with other deposition methods

A typical ring-geometry sputter target, here gold showing the cathode made of the material to be deposited, the anode counter-electrode and an outer ring meant to prevent sputtering of the

hearth that holds the target.

An important advantage of sputter deposition is that even materials with very high melting points are easily sputtered while evaporation of these materials in a resistance evaporator or Knudsen cell is problematic or impossible. Sputter deposited films have a composition close to that of the source material. The difference is due to different elements spreading differently

because of their different mass (light elements are deflected more easily by the gas) but this difference is constant. Sputtered films typically have a better adhesion on the substrate than evaporated films. A target contains a large amount of material and is maintenance free making the technique suited for ultrahigh vacuum applications. Sputtering sources contain no hot parts (to avoid heating they are typically water cooled) and are compatible with reactive gases such as oxygen. Sputtering can be performed top-down while evaporation must be performed bottom-up. Advanced processes such as epitaxial growth are possible.

Some disadvantages of the sputtering process are that the process is more difficult to combine with a lift-off for structuring the film. This is because the diffuse transport, characteristic of sputtering, makes a full shadow impossible. Thus, one cannot fully restrict where the atoms go, which can lead to contamination problems. Also, active control for layer-by-layer growth is difficult compared to pulsed laser deposition and inert sputtering gases are built into the growing film as impurities.

Types of sputter deposition

Magnetron sputtering source

Sputtering sources often employ magnetrons that utilize strong electric and magnetic fields to confine charged plasma particles close to the surface of the sputter target. In a magnetic field electrons follow helical paths around magnetic field lines undergoing more ionizing collisions with gaseous neutrals near the target surface than would otherwise occur. (As the target material is depleted, a "racetrack" erosion profile may appear on the surface of the target.) The sputter gas is typically an inert gas such as argon. The extra argon ions created as a result of these collisions leads to a higher deposition rate. It also means that the plasma can be sustained at a lower pressure. The sputtered atoms are neutrally charged and so are unaffected by the magnetic trap. Charge build-up on insulating targets can be avoided with the use of RF sputtering where the sign of the anode-cathode bias is varied at a high rate (commonly 13.56 MHz).[1] RF sputtering works well to produce highly insulating oxide films but with the added expense of RF power supplies and impedance matching networks. Stray magnetic fields leaking from ferromagnetic targets also disturb the sputtering process. Specially designed sputter guns with unusually strong permanent magnets must often be used in compensation.

Ion-beam sputtering

A magnetron sputter gun showing the target-mounting surface, the vacuum feedthrough, the power connector and the water lines. This design uses a disc target as opposed to the ring

geometry illustrated above.

Ion-beam sputtering (IBS) is a method in which the target is external to the ion source. A source can work without any magnetic field like in a hot filament ionization gauge. In a Kaufman source ions are generated by collisions with electrons that are confined by a magnetic field as in a magnetron. They are then accelerated by the electric field emanating from a grid toward a target. As the ions leave the source they are neutralized by electrons from a second external filament. IBS has an advantage in that the energy and flux of ions can be controlled independently. Since the flux that strikes the target is composed of neutral atoms, either insulating or conducting targets can be sputtered. IBS has found application in the manufacture of thin-film heads for disk drives. A pressure gradient between the ion source and the sample chamber is generated by placing the gas inlet at the source and shooting through a tube into the sample chamber. This saves gas and reduces contamination in UHV applications. The principal drawback of IBS is the large amount of maintenance required to keep the ion source operating.[2]

Reactive sputtering

In reactive sputtering, the deposited film is formed by chemical reaction between the target material and a gas which is introduced into the vacuum chamber. Oxide and nitride films are often fabricated using reactive sputtering. The composition of the film can be controlled by varying the relative pressures of the inert and reactive gases. Film stoichiometry is an important parameter for optimizing functional properties like the stress in SiNx and the index of refraction of SiOx.

Ion-assisted deposition

In ion-assisted deposition (IAD), the substrate is exposed to a secondary ion beam operating at a lower power than the sputter gun. Usually a Kaufman source, like that used in IBS, supplies the secondary beam. IAD can be used to deposit carbon in diamond-like form on a substrate. Any carbon atoms landing on the substrate which fail to bond properly in the diamond crystal lattice will be knocked off by the secondary beam. NASA used this technique to experiment with depositing diamond films on turbine blades in the 1980s. IAS is used in other important industrial applications such as creating tetrahedral amorphous carbon surface coatings on hard disk platters and hard transition metal nitride coatings on medical implants.

Comparison of target utilization via HiTUS process - 95%

High-target-utilization sputtering

Sputtering may also be performed by remote generation of a high density plasma. The plasma is generated in a side chamber opening into the main process chamber, containing the target and the substrate to be coated. As the plasma is generated remotely, and not from the target itself (as in conventional magnetron sputtering), the ion current to the target is independent of the voltage applied to the target.

High-power impulse magnetron sputtering (HIPIMS)

Main article: High Power Impulse Magnetron Sputtering

HIPIMS is a method for physical vapor deposition of thin films which is based on magnetron sputter deposition. HIPIMS utilizes extremely high power densities of the order of kW/cm2 in short pulses (impulses) of tens of microseconds at low duty cycle of < 10%.

Gas flow sputtering

Gas flow sputtering makes use of the hollow cathode effect, the same effect by which hollow cathode lamps operate. In gas flow sputtering a working gas like argon is led through an

opening in a metal subjected to a negative electrical potential.[3][4] Enhanced plasma densities occur in the hollow cathode, if the pressure in the chamber p and a characteristic dimension L of the hollow cathode obey the Paschen's law 0.5 Pa·m < p·L < 5 Pa·m. This causes a high flux of ions on the surrounding surfaces and a large sputter effect. The hollow-cathode based gas flow sputtering may thus be associated with large deposition rates up to values of a few µm/min.[5]

Structure and morphologyIn 1974 J. A. Thornton applied the structure zone model for the description of thin film

morphologies to sputter deposition. In a study on metallic layers prepared by DC sputtering,[6] he extended the structure zone concept initially introduced by Movchan and Demchishin for evaporated films.[7] Thornton introduced a further structure zone T, which was observed at low argon pressures and characterized by densely packed fibrous grains. The most important point of this extension was to emphasize the pressure p as a decisive process parameter. In particular, if hyperthermal techniques like sputtering etc. are used for the sublimation of source atoms, the pressure governs via the mean free path the energy distribution with which they impinge on the surface of the growing film. Next to the deposition temperature Td the chamber pressure or mean free path should thus always be specified when considering a deposition process.

Since sputter deposition belongs to the group of plasma-assisted processes, next to neutral atoms also charged species (like argon ions) hit the surface of the growing film, and this component may exert a large effect. Denoting the fluxes of the arriving ions and atoms by Ji and Ja, it turned out that the magnitude of the Ji/Ja ratio plays a decisive role on the microstructure and morphology obtained in the film.[8] The effect of ion bombardment may quantitatively be derived from structural parameters like preferred orientation of crystallites or texture and from the state of residual stress. It has been shown recently [9] that textures and residual stresses may arise in gas-flow sputtered Ti layers that compare to those obtained in macroscopic Ti work pieces subjected to a severe plastic deformation by shot peening.

["Sự phủ màng", bằng "phún xạ"]

Sputter deposition

{"Nguồn (tài liệu)", từ [Wikipedia, the free encyclopedia]}

["Sự phủ màng", bằng "phún xạ"] là {{["phương pháp (phủ màng)", theo "phương

thức (vật lý)"], từ "phase hơi"}(physical vapor deposition - PVD) , bằng "sự phún xạ"}. "Sự phủ màng (này)" bao hàm {"sự bắn (vật liệu)", ra khỏi [bia, được xem là "nguồn (vật liệu)"]} đến ["bản đế", thí dụ

như "bản đế (silicon)"]. "Sự (tái) phún xạ"(Resputtering) là {[{"sự (tái) phát xạ" ["vật liệu", vừa được

phún xạ]}, trong "quá trình (phủ màng)"], bởi {"sự bắn phá", của [ion hay "nguyên tử"]}}. ["Các nguyên tử (được phún xạ)", được bắn khỏi bia] có {"phân bố 'năng lượng' (rộng)", cụ thể, lên

đến ["hàng chục (eV)", tương đương 100.000 oK]}. {"Các ion (được phún xạ)", thông thường có

1 ["tỉ lệ (rất nhỏ)", {"khoảng (1%)", của ["các hạt", được bắn ra từ bia]}] bị ion hóa} có thể *["bay (kiểu 'đạn đạo')", trong "đường (thẳng)"] từ bia; và *["va đập", với "năng lượng (cao)"] lên ["các bản đế", hay "buồng (chân không)"]. "Điều (này)" gây ra "sự (tái) phún xạ" ở "các bản đế". Mặt khác, khi "các áp suất 'khí' (lớn)", thì {["các ion" được bắn ra từ bia], này} *va chạm với ["các nguyên tử (khí)", có tác dụng như 1 "tác nhân (điều hòa)"]; và *{["chuyễn động", dưới "dạng (khuếch tán)"], đi đến và ngưng tụ tại ["các bản đế" và "buồng (chân không)"] sau 1 ["đoạn đường", đầy những "va chạm (ngẫu nhiên)"]}. "Các ion (này)" có thể đạt được {"toàn bộ (khoảng 'năng lượng')", từ ["năng lượng (cao)", của "sự va chạm (đạn đạo)"] đến ["năng lượng (thấp)", của "chuyễn đông (nhiệt)"]}, bằng cách thay đổi ["áp suất (khí 'nền')", trong "buồng (chân không)"]. "Khí (phún xạ)" thường là ["khí (trơ)", như argon]. Để ["sự truyền (xung lượng)", có hiệu quả], thì ["khối lượng (nguyên tử)", của "khí (phún xạ)"] phải gần với ["khối lượng (nguyên tử)", của "vật liệu (bia)"]. Do đó, đối với ["sự phún xạ" "các nguyên tố (nhẹ)"], thì "khí (néon)" được ưa chuộng; trong khi đó, đối với ["sự phún xạ" "các nguyên tố (nặng)"], thì người ta thường dùng ["khí (krypton)", hay "khí (xenon)"]. "Các chất khí (hoạt tính)" cũng có thể được dùng để ["phún xạ" "các hợp chất"]. "Hợp chất" có thể được hình thành {[trên "bề mặt (bia)", trong khi bay, hay trên "bề mặt (đế)"], tùy thuộc vào ["các thông số", của "quá trình (phủ màng)"]}. {"Sự sẳn có" [nhiều "thông số", "kiểm soát" "sự phủ màng"]}làm cho "sự phủ màng" trở thành 1 "quá trình (phức tạp)", nhưng "điều (này)" cũng cấp phát cho "các chuyên gia" 1

{"mức độ 'kiểm soát' (rộng lớn)", trên {["sự phát triễn", và "(vi) cấu trúc"], của "màng mỏng"}}.

Nội dung Contents

1 ["Các ích lợi", của "sự phún xạ (vật lý)"] Uses of sputtering

2 ["So sánh", "sự phủ màng (bằng 'phún xạ')" với "các phương pháp 'phủ màng' (khác)"] Comparison with other deposition methods

3 ["Các chủng loại", của "sự phủ màng (bằng 'phún xạ')"] Types of sputter deposition o 3.1 [“Sự phún xạ (magnetron)” Magnetron sputtering

o 3.2 ["Sự phún xạ", bằng "chùm (ion)"] Ion-beam sputtering

o 3.3 "Sự phún xạ (phản ứng)" Reactive sputtering

o 3.4 ["Sự phủ màng", được hổ trợ bằng ion] Ion-assisted deposition

o 3.5 ["Sự phún xạ", với "độ hữu dụng 'bia' (cao)"] High-target-utilization sputtering

o 3.6 ["Sự phún xạ (magnetron)", dùng "xung (công suất 'cao')"] High-power impulse magnetron

sputtering (HIPIMS)

o 3.7 ["Sự phún xạ", trong "dòng chảy (khí)"] Gas flow sputtering

4 {["Cấu trúc" và "hình thái"], của "màng mỏng (được phún xạ)"} Structure and morphology

5 See also 6 References 7 Further reading 8 External links

["Các lợi ích", của "sự phún xạ (vật lý)"] Uses of sputtering

"Sự phún xạ" được "dùng (rộng rãi)" trong "công nghiệp (bán dẫn)", để "phủ (màng mỏng)" lên {"các vật liệu (khác nhau)", trong ["quá trình", xữ lý "vi mạch"]}. {["Các lớp phủ 'màng mỏng' (chống phản xạ)", ở trên "thủy tinh"], dành cho "các ứng dụng (quang học)"} cũng được ["phủ màng", bằng "sự phún xạ"]. Do được dùng ở "các nhiệt độ 'đế' (thấp)", nên "sự phún xạ" là 1 "phương pháp (lý tưởng)" để "phủ màng" ["các kim loại (làm tiếp xúc)", đối với "các transistor (màng mỏng)"]. Có lẽ ["các sản phẩm (quen thuộc nhất)", của "sự phún xạ"] là {["các lớp phủ (trên thủy tinh)", có "độ phát xạ (thấp)"](low-emissivity coatings on glass), được dùng trong "các bộ phận (cửa kính '2 lớp')"(double-pane window assemblies)}. ["Lớp phủ (trên thủy tinh)", có "độ phát xạ (thấp)"]

là 1 {"màng (đa lớp)", bao gồm "màng mỏng (bạc)" và {"các màng mỏng (oxide 'kim loại')",

như ["màng (ZnO)", "màng (SnO2)", hay "màng (TiO2)"]}}. "Sự phún xạ" có 1 "ứng dụng 'công

nghiệp' (lớn)", khi người ta "phủ màng" trên "đầu (mủi khoang)", bằng cách dùng {"các nitride (được phún xạ)", như {"titanium nitride", tạo nên 1 ["lớp phủ (cứng)", có "màu vàng (quen

thuộc)"]}}. "Sự phún xạ" cũng được dùng như là {{"quá trình", phủ ["lớp 'kim loại' (phản xạ)",

như nhôm]}, trong {"qui trình (sản xuất)" ["dĩa (CD)", hay "dĩa (DVD)"]}}.

"Các bề mặt 'dĩa' (cứng)" đều dùng {"màng mỏng 'CrOx' (được phún xạ)", hay ["các màng mỏng", được phún xạ từ "các vật liệu (khác)"]}. "Sự phún xạ" là : *1 trong "các quá trình 'xữ lý' (chủ yếu)", trong "qui trình (sản xuất)" "sợi ( dẫn quang)" và *1 {"phương thức (khác)", để chế tạo ["các pin (mặt trời)", có "hiệu suất (cao)"]}.

["So sánh", "sự phủ màng (bằng phún xạ)" với "các

phương pháp 'phủ màng' (khác)"] Comparison with other deposition methods

{Một {"bia (phún xạ)", có ["bố trí (hình học)", theo "dạng (xuyến)"]}, tiêu biểu}.

["Ưu điểm (quan trọng)", của "sự phủ màng (bằng 'phún xạ')"] là : ngay cả "các vật liệu", có "nhiệt độ 'nóng chảy' (rất cao)" đều được "(dễ dàng) phún xạ", trong khi đó {["sự bốc bay" "các vật liệu 'khó bay hơi' (này)"], trong ["thuyền 'bốc bay' (điện trở)", hay "tế bào (Knudsen)"(Knudsen cell)]} là 1 ["vấn đề (khó khăn)", hay "bất khả thi"]. ["Các màng mỏng", được phủ bằng "phún xạ"] có {"thành phần", gần với ["thành phần", của "vật liệu (nguồn)"]}. ["Sự

khác biệt", giửa "thành phần (màng mỏng)" và "thành phần (vật liệu 'nguồn')"] là do {{["sự phân tán (khác nhau)", của "các nguyên tố (khác nhau)"], bởi ["khối lượng (của chúng)", khác nhau]}; nghĩa là {"các nghuyên tố (nhẹ)" bị "lệch hướng (dễ dàng hơn)", khi ["va chạm", với "khí

(nền)"]}} ; nhưng ["sự khác biệt", giửa "thành phần (màng mỏng)" và "thành phần (vật liệu 'nguồn')"] là "hằng số". "Các màng mỏng (được phún xạ)" có "độ bám dính 'lên đế' (tốt hơn)", khi so với ["độ bám dính", của "các màng mỏng (bốc bay)"]. ["Các ưu điểm (khác)", của "sự phủ màng (bằng 'phún xạ')"] là : bia *chứa 1 "lượng lớn (vật liệu)"] và *không cần "bảo dưỡng"; "điều (này)" làm cho ["sự phún xạ", thích hợp đối với "các ứng dụng (chân không 'cao')"]. "Các nguồn (phún xạ)" thì *không chứa "các bộ phận (nóng)", để tránh "sự nung nóng", "các bộ phận (bị nung nóng)" đều được "giải nhiệt (bằng nước)"; *tương hợp với ["các khí (hoạt tính)", như

oxygen]. "Sự phún xạ" có thể được thực hiện {{cả [từ trên, xuống dưới], nghĩa là ["bia (trên)",

"đế (dưới)"]}, {lẫn [từ dưới, lên trên], nghĩa là ["bia (dưới)", "đế (trên)"]}}, trong khi đó "sự bốc bay" phải được thực hiện {[từ dưới, lên trên], nghĩa là ["thuyền (dưới)", "đế (trên)"]}. ["Các quá trình 'phủ màng' (tiên tiến)", như "sự mọc màng (epitaxy)"] đều có thể thực hiện bằng "sự phún xạ".

[“Các khuyết điểm”, của “quá trình (phún xạ)”] là : “quá trình” khó thực hiện để kết hợp

với {{“sự chạm trổ”, thông qua [“lớp cảm quang (chống ăn mòn)”, được định hình]}, để tạo

{[“hình dạng (ăn mòn)”, có “cấu trúc”], lên trên “màng mỏng”}}. “Điều (này)” xãy ra, bởi vì [“sự chuyễn tải (khuếch tán)”, đặc trưng cho “sự phún xạ”] làm cho [“hiệu ứng (che bóng)”, không thể thực hiện được trọn vẹn]. Do đó, chúng ta không thể [“giới hạn (chặc chẻ)”, nơi “các nguyên tử” đi đến]; “điều (này)” có thể dẫn đến “các vấn đề (nhiễm tạp)”. [“Sự kiểm sóat (tích

cực” “sự mọc màng (theo từng lớp)”] cũng là khó khăn khi so với [“sự phủ màng”, bằng xung laser]; và “các khí ‘trơ’ (phún xạ)” cũng tích tụ bên trong “màng mỏng (đang mọc)”, dưới [“dạng thức:, của “các tạp chất”].

[“Các chủng lọai”, của “sự phủ màng (bằng phún xạ)”] Types of

sputter deposition

“Nguồn ‘phún xạ’ (magnetron)”.

“Sự phún xạ (magnetron)” (Magnetron sputtering).

“Các nguồn (phún xạ)” thường khai thác {“cấu hình (phóng điện ‘magnetron’)”, dùng {[“điện trường” và “từ trường”] để giam nhốt [“các hạt ‘tích điện’ (trong plasma)”, gần “bề mặt

(bia ‘phún xạ’)”]}}. Trong “từ trường”, “các điện tử” đi theo [“quĩ đạo (helix)”, quanh “các đường sức (từ trường)”]; “điều (này)” làm xãy ra {“các va chạm (ion hóa)”, với [“các hạt khí (trung hòa)”, ở gần “bề mặt (bia)”]} nhiều hơn so với [“các va chạm (ion hóa)”, được thực hiện bởi “các phương thức (khác)”]. (Khi “vật liệu (bia)” bị khiếm khuyết, thì [“trắc diện (ăn mòn)”, có “dạng (đường đua ‘ngựa’)”] xuất hiện trên “bề mặt (bia)”). “Khí phún xạ” thường là [“khí

(trơ)”, như “khí (argon)”]. {[“Các ion (argon)”, nhiều hơn thường lệ], được tạo ra do {[“các va

chạm ‘ion hóa’ (này)”, trong “‘điện, từ’ trường (vuông góc)”], này}} dẫn đến “vận tốc ‘phủ màng’ (cao)”. “Điều (này)” cũng có nghĩa là : plasma có thể được duy trì ở “áp suất (thấp)”. “Các nguyên tử (được phún xạ)” là “các hạt (trung hòa)”, do đó chúng không bị ảnh hưởng bởi “bẩy (từ trường)”. Chúng ta có thể tránh được [“các điện tích”, tích tụ trên “các bia (chất cách điện)”], bằng cách dùng “sự phún xạ (rf)”, ở đó, {“dấu (điện thế ‘phân cực’)”, trên [anode, và cathode]} được thay đổi, ở [“vận tốc (cao)”, thường là 13,56 MHz]. “Sự phún xạ (rf)” làm việc

tốt để sản xuất “các màng mỏng ‘oxide’ (cách điện ‘cao’)”, nhưng phải trả giá bằng {“chi phí”,

dùng cho {“các thiết bị ‘công suất’ (rf)” và [“các mạch điện”, tương hợp “trở kháng”]}}. [“Các từ trường (đi lạc)”, lọt ra từ “các bia (sắt từ)”(ferromagnetic targets)] cũng làm nhiễu lọan “quá trình (phún xạ)”. {“Các súng (phún xạ)”, được “thiết kế (đặc biệt)” với [“các nam châm (vĩnh cữu)”,

mạnh khác thường]} thường được dùng để bù trừ cho [“các từ trường (đi lạc)”, trên].

{“Súng (phún xạ ‘magnetron’)”, cho thấy [[“bề mặt”, có gắn bia], {“ống dẫn (xuyên chân

không)”(vacuum feedthrough), mang [“dây ‘dẫn điện’ (công suất ‘cao’)”, và “các ống (dẫn nước)”]}]}. “Thiết kế (này)” dùng {“bia (dạng dĩa)”, tương ứng với [“cấu trức ‘plasma’ (dạng xuyến)”, đã

được minh họa ở “hình (trước đây)”]}.

[“Sự phún xạ”, bằng “chùm (ion)”] Ion-beam sputtering

[“Sự phún xạ”, bằng “chùm (ion)”](Ion-beam sputtering - IBS) là 1 {“phương thức (phún xạ)”, trong đó, bia ở [“phía (ngoài)”, của “nguồn (ion)”]}. “Nguồn (ion)” có thể làm việc khi không có “từ trường”, như ở trong [“đầu đo ‘chân không’ (ion hóa)”, có “dây tóc (được ‘nung nóng’)”](hot filament

ionization gauge). Trong “nguồn ion (Kaufman)”, “các ion” được sinh ra bởi {“các va chạm”, với

{[“điện tử”, bị giam nhốt bởi “từ trường”], như ở trong “cấu trúc (phóng điện ‘magnetron’)”}}. Sau đó, “các ion (này)” *được gia tốc bởi {[“điện trường”, bắt nguồn từ “điện cực (lưới)”],

hướng đến bia}. Khi “các ion (này)” rời khỏi “nguồn (ion)”, thì chúng bị trung hòa bởi {“các

điện tử”, từ {[“sợi dây tóc (được nung nóng)”, thứ II], ở bên ngòai “nguồn (ion)”}}. [“Sự phún xạ”, bằng “nguồi (ion)”] có “ưu điểm” là : chúng ta có thể “kiểm sóat (độc lập)” [“năng lượng (ion)” và “thông lượng (dòng ‘ion’)”]. Bởi vì [“thông lượng (dòng ‘ion’)”, đập lên bia] bao gồm “các nguyên tử (trung hòa)”, nên chúng ta có thể phún xạ [cả “bia (dẫn điện)”, lẫn “bia (cách

điện)”]. [“Sự phún xạ”, bằng “chùm ion”] tìm được {“ứng dụng”, trong {“quá trình”, sản xuất

[“các đầu đọc (màng mỏng)”, đối với “các dĩa (cứng)”]}}. {“Gradient (áp suất)”, giửa “nguồn

(ion)” và {“buồng (chân không)”, chứa [bia và đế]}} được sinh ra bởi {[“sự đưa khí”, vào

“nguồn ion”] và [“sự lọt khí” vào {“buồng (chân không)”, chứa [bia và đế]}]}. “Điều (này)” *tiết kiệm khí, và *giảm {“sự nhiễm bẩn”, trong [“các ứng dụng”, cần “chân không (siêu cao)”]}. {“Khuyết điểm (chính)”, của [“sự phún xạ”, bằng “chùm ion”]} là : cần 1 {[“lượng (lớn)”, “các thao tác (bảo dưỡng)”], để duy trì “họat động (nguồn ion)”}.

“Sự phún xạ (phản ứng)” Reactive sputtering

Trong “phún xạ (phản ứng)”, “màng mỏng (được phủ)” được hình thành, bởi {“phản ứng (hóa học)”, giửa “vật liệu (bia)” và [“chất khí”, được đưa vào “buồng (chân không)”]}. [“Các màng mỏng (oxide)”, và “các màng mỏng (nitride)”] thường được chế tạo bằng cách dùng “sự phún xạ (phản ứng)”. {“Thành phần”, của [“các màng mỏng (oxide, hay nitride)”, này]} có thể được kiểm sóat bởi {“sự biến thiên”, của [“áp suất (tương đối)”, giửa “khí (trơ)” và “các khí

(phản ứng)”]}. “Độ hợp thức ‘hóa học’ (màng mỏng)” là 1 {“thông số (quan trọng)”, để tối ưu hóa [“các tính chất (làm việc)”, như {[“ứng suất”, trong “màng mỏng (SiNx)”], hay [“chiết suất”,

trong “màng mỏng (SiOx)”]}]}.

[“Sự phủ màng”, được hổ trợ bằng “chùm ion”] Ion-assisted deposition

Trong [“sự phủ màng”, được hổ trợ bằng “chùm ion”](ion-assisted deposition - IAD) , “bản đế” được phơi ra trước {“chùm ion (thứ II)”, họat động ở [“công suất (thấp hơn)”, so với “công suất (súng ‘phún xạ’)”]}. Thông thường {“nguồn ion (Kaufman)”, như [“nguồn (ion)”, được dùng để “phún xạ (bằng chùm ion)”]} cung cấp “chùm ion (thứ II)”. [“Sự phủ màng”, được hổ trợ bằng “chùm ion”] có thể được dùng để “phủ màng” {carbon, ở [“dạng thức”, tựa như “kim cương”]} lên trên đế. Bất kỳ {[“nguyên tử (carbon)” nào, đáp lên trên đế], không “liên kết (bền chặc)” với “mạng ‘tinh thể’ (kim cương)”} sẽ bị tống khứ bởi “chùm ion (thứ II)”. NASA đã dùng “kỹ thuật (này)” cho {[“thí nghiệm”, phủ “các màng mỏng (kim cương)” lên trên “các lá (tua bin)”], vào “thập

niên (1980s)”}. [“Sự phủ màng”, được hổ trợ bằng “chùm ion”] được dùng trong {[“các ứng dụng ‘công nghiệp’ (quan trọng)”, khác], như [“sự tạo nên” *{[“các lớp phủ (bề mặt)”, bằng “carbon ‘vô định hình’ (tứ diện)”], lên trên “bề mặt (dĩa cứng)”} và *[“các lớp phủ (nitride ‘kim

lọai nặng’)”, lên trên “các dụng cụ ‘cấy ghép’ (y khoa)”]]}.

[“Sự so sánh (độ hữu dụng ‘bia’)”, giửa [“sự phún xạ”, với “độ hữu dụng ‘bia’ (cao)”] với “sự phún xạ (magnetron)”} – lên đến 95%

[“Sự phún xạ”, với “độ hữu dụng ‘bia’ (cao)”] High-target-utilization sputtering - HiTUS

“Sự phún xạ” cũng có thể được thực hiện bằng {[“sự sản sinh” “plasma (mật độ ‘cao’)”],

từ xa}. “Plasma (này)” được sản sinh trong 1 {“buồng (bên cạnh)”, có thông cửa với [“buồng

‘xữ lý’ (chính)”, có chứa {[bia và đế], cần được phủ màng}]}. Khi “plasma (này)” được {“sản sinh (từ xa)”, chứ không phải [tại bia, như ở “sự phún xạ (magnetron)”]}, thì [“dòng ion”, đi đến bia] độc lập với [“điện thế”, áp lên bia].

[“Sự phún xạ (magnetron)”, với “xung (công suất ‘cao’)”] High-power impulse magnetron

sputtering - HIPIMS)

[“Sự phún xạ (magnetron)”, với “xung (công suất ‘cao’)”] là 1 {{[“phương pháp (phủ ‘màng mỏng’)”, bằng “phương thức (vật lý)”], từ “phase hơi”}, dựa trên “sự phún xạ

(magnetron)”}. [“Sự phún xạ (magnetron)”, với “xung (công suất ‘cao’)”] sử dụng {[“các mật độ ‘công suất’ (cực kỳ cao)”, có “bậc (kW/cm2)”], dưới [“dạng thức”, của {“các xung ngắn

(hàng chục micro-giây)”, ở [“chu kỳ ‘công suất’ (thấp)”, < 10%]}]}.

[“Sự phún xạ”, trong “dòng chảy (khí)”] Gas flow sputtering

[“Sự phún xạ”, trong “dòng chảy (khí)”] dùng {“hiệu ứng (cathode rỗng)”; đó là “hiệu ứng” tương tự như [“hiệu ứng”, vận hành “các đèn (cathode rỗng)”]}. Trong “sự phún xạ”, trong “dòng chảy (khí)”], [“khí (làm việc)”, như “khí (argon)”] được dẫn vào thông qua 1 {“lổ hổng”, trên [“kim lọai”, được áp “điện thế (âm)”]}. [“Các mật độ (plasma)”, được tăng cường] xãy ra bên trong “cathode (rỗng)”, nếu {[“áp suất ‘trong buồng’ (p)” và “kích thước ‘đặc trưng’ (L)”], của “cathode (rỗng)”} tuân theo [“định luật (Paschen)”, 0,5 Pa.m < p.L < 5 Pa.m]. “Điều (này)”

gây ra {1 [“thông lượng ‘dòng ion’ (cao)”, trên “các bề mặt (bao quanh)”] và 1 “hiệu ứng ‘phún xạ’ (lớn)”}. Do đó, {[“sự phún xạ”, trong “dòng chảy (khí)”], dựa trên “cơ sở (cathode rỗng)”} có thể được kết hợp với [“các vận tốc ‘phủ màng’ (lớn)”, lên đến “vài (μm/min)”].

{[“Cấu trúc” và “hình thái học”], của “màng mỏng (được phún xạ)”} Structure and morphology

Vào “năm (1971)”, J.A.Thornton đã áp dụng {“mô hình (vùng ‘cấu trúc’)”, để “mô tả”

{“các hình thái”, của [“màng mỏng”, được phủ bằng “sự phún xạ”]}}. Trong 1 {“khảo sát”, về [“các lớp (kim lọai)”, được chế tạo bằng “sự phún xạ (dc)”]}, Thornton đã mở rộng {“khái niệm (vùng ‘cấu trúc’)”, được “đưa ra (đầu tiên)” bởi [“Movchan & Demchishin”, đối với “các màng

mỏng (được bốc bay)”]}. Thornton đã “giới thiệu (thêm)” 1 {“vùng ‘cấu trúc’ (T)”, {*được quan sát ở “các áp suất ‘argon’ (thấp)”, và *được đặc trưng bằng [“các hạt (dạng sợi)”, được xếp xhặc

với nhau]}}. [“Điểm (quan trọng ‘nhất’)”, của “sự mở rộng (này)”] là {“sự nhấn mạnh”, đến [“áp suất (p)”, như là “thông số ‘quá trình’ (quyết định)”]}. Đặc biệt, nếu [“các kỹ thuật (siêu nhiệt)”(hyperthermal techniques) , như “sự phún xạ”] được dùng để thăng hoa “các nguyên tử (nguồn)”, thì

thông qua “đọan đường ‘tự do’ (trung bình)”, “áp suất” thống trị {“sự phân bố (năng lượng)”,

của {“các nguyên tử (bị phún xạ)”, đập lên [“bề mặt”, của “màng mỏng (đang mọc)”]}}. Do đó, bên cạnh “nhiệt độ ‘phủ màng’ (Td)”, [“áp suất (buồng ‘chân không’)”, hay “đọan đường ‘tự do’ (trung bình)”] phải luôn luôn được xác định, khi khảo sát “quá trình (phủ màng)”.

Bởi vì “sự phủ màng (bằng phún xạ)” thuộc vào {nhóm, của [“các quá trình”, được hổ trợ bằng plasma]}, nên bên cạnh “các nguyên tử (trung hòa)”, [“các chất (được tích điện)”, như “các ion (argon)”] cũng đập lên [“bề mặt”, của “màng mỏng (đang mọc)”]; và “thành phần (này)” cũng có thể đưa vào 1 “hiệu ứng (lớn)”. Bằng cách ký hiệu {[“thông lượng (dòng ion ‘tới’)” và “thông lượng (dòng nguyên tử ‘tới’)”], lần lượt là [Ji và Ja]}, thì [“cường độ”, của “tỉ số (Ji/Ja)”]

đóng {“vai trò (quyết định)”, lên {[“(vi) cấu trúc” và “hình thái”], thu được trong “màng mỏng

(được phún xạ)”}}. “Hiệu ứng (bắn phá ‘ion’)” có thể được “rút ra (định lượng)” từ {[“các thông số (kết cấu)(texture)”, như {[“độ định hướng (ưu tiên)”, của “các (vi) tinh thể”] hay “kết cấu

(các ‘vi’ tinh thể)”}] ; và {[“trạng thái”, của “ứng suất (thừa)”(residual stress)], của “màng mỏng”}}. Gần đây, chúng ta thấy rằng : [“các kết cấu”(textures) và “các ứng suất (thừa)”] có thể tăng lên trong [“các lớp màng (Ti)”, được phún xạ trong “dòng chảy (khí)”]; “điều (này)” có thể so sánh với

{[“sự biến dạng ‘dẽo’ (nặng)”, của “các đồ vật (Ti)”], bởi {[“quá trình”, bắn “bi sắt” lên “bề

mặt”], để “gia công (bề mặt)”}}.

See also Coating Sputter coating

References1. Ohring, Milton. Materials Science of Thin Films (2 ed.). Academic Press. p. 215.2. Bernhard Wolf (1995). Handbook of ion sources. CRC Press. p. 222. ISBN 0-8493-2502-

1.3. K. Ishii (1989). "High-rate low kinetic energy gas-flow-sputtering system". Journal of

Vacuum Science and Technology A 7: 256–258. doi:10.1116/1.576129.4. T. Jung and A. Westphal (1991). "Zirconia thin film deposition on silicon by reactive gas

flow sputtering: the influence of low energy particle bombardment". Mat. Sc. Eng. A 140: 528–533. doi:10.1016/0921-5093(91)90474-2.

5. K. Ortner, M. Birkholz and T. Jung (2003). "Neue Entwicklungen beim Hohlkatoden-Gasflusssputtern". Vac. Praxis (in German) 15: 236–239. doi:10.1002/vipr.200300196.

6. J.A. Thornton (1974). "Influence of apparatus geometry and deposition conditions on the structure and topography of thick sputtered coatings". Journal of Vacuum Science and Technology 11: 666–670. Bibcode:1974JVST...11..666T. doi:10.1116/1.1312732.

7. B. A. Movchan and A. V. Demchishin (1969). "Study of the structure and properties of thick vacuum condensates of nickel, titanium, tungsten, aluminium oxide and zirconium dioxide". Phys. Met. Metallogr. 28: 83–90.

8. H. Windischman (1992). "Intrinsic stress in sputter-deposited thin film". Crit. Rev. Sol. St. Mat. Sci. 17: 547. Bibcode:1992CRSSM..17..547W. doi:10.1080/10408439208244586.

9. M. Birkholz, C. Genzel, and T. Jung (2004). "X-ray diffraction study of residual stress and preferred orientation in thin titanium films subjected to a high ion flux during deposition". J. Appl. Phys. 96: 7202–7211. Bibcode:2004JAP....96.7202B. doi:10.1063/1.1814413.

Further reading The Foundations of Vacuum Coating Technology by D. Mattox William D. Westwood (2003). Sputter Deposition, AVS Education Committee Book

Series, Vol. 2. ISBN 0-7354-0105-5.