ניתוז
בפיזיקה, ניתוז (אנגלית: sputtering) היא תופעה בה חלקיקים מיקרוסקופיים של חומר מוצק נפלטים מעל פני השטח שלו, לאחר שהחומר עצמו מופגז על ידי חלקיקים אנרגטיים של פלזמה או גז.[1] תופעה זו מתרחשת באופן טבעי בחלל החיצון, ויכולה להוות מקור לשחיקה לא רצויה ברכיבים בעלי דיוק גבוה. ניתוז משמש במדע ובתעשייה - שם הוא משמש לביצוע תצריב מדויק, ביצוע טכניקות אנליטיות והפקת שכבות של שכבה דקה בייצור ציפויים אופטיים, מכשירי מוליכים למחצה ומוצרי ננו - טכנולוגיה. זוהי למעשה טכניקת PVD (אנ').[2]
פיזיקה
כאשר יונים אנרגטיים מתנגשים באטומים של חומר מטרה, מתרחשים חילופי תנע ביניהם.[1][3][4]
יונים אלה, המכונים "יונים פוגעים", מניעים מפל התנגשות במטרה. מפל כזה יכול לנוע בדרכים רבות. חלק מהיונים נרתעים חזרה לכיוון פני המטרה. אם מפל ההתנגשות מגיע אל פני השטח, והאנרגיה הנותרת שלו גדולה יותר מאנרגיית פני השטח, ייפלט אטום מהמטרה. זהו תהליך ה"ניתוז". אם המטרה דקה (בקנה מידה אטומי), מפל ההתנגשות יכול להגיע לצד האחורי שלה, והאטומים עוזבים את פני השטח "בהעברה".
המספר הממוצע של אטומים שנפלטים מהמטרה לכל אירוע פגיעה נקרא "נצילות הניתוז". היא תלויה בכמה דברים: הזווית בה היונים מתנגשים במשטח המטרה, בכמות האנרגיה בה הם פוגעים בו, מסותיהם, מסות אטומי המטרה ואנרגיית פני השטח של המטרה. אם למטרה יש מבנה גבישי, זוויתהפגיעה של היונים ביחס לפני השטח היא גורם חשוב.
היונים הגורמים לניתוז מגיעים ממגוון מקורות - הם יכולים להגיע מפלזמה, מקורות יונים שנבנו במיוחד, מאיצי חלקיקים, חלל חיצוני (למשל רוח שמש), או חומרים רדיואקטיביים (למשל קרינת אלפא).
אפליקטיביות
תופעת ניתוז מתרחשת רק כאשר האנרגיה הקינטית של החלקיקים הנכנסים גבוהה בהרבה מאנרגיות תרמיות קונבנציונליות ( ≫ 1 eV ). לניתוז עם זרם ישר (ניתוז DC) משתמשים במתח של 3–5 קילו וולט. כאשר בניתוז נעשה שימוש בזרם חילופין (ניתוז RF), התדרים הם סביב טווח 14MHz.
ניקוי בניתוז
ניתן לנקות משטחי מוצקים ממזהמים באמצעות ניתוז פיזי בוואקום. עם זאת, לניקוי בניתוז יש כמה בעיות אפשריות, כמו חימום פני השטח, זיהום גזי באזור המשטח, נזקי הפצצות (קרינה) באזור המשטח וחיספוס פני השטח. ניתוז פני השטח של תרכובת או סגסוגת יכול לגרום לשינוי של הרכב המשטח.
ציפוי שכבות דקות
ציפוי בניתוז הוא שיטה ליצירת שכבות דקות על ידי ניתוז חומר מ"מטרה" אל "מצע", למשל בתהליכי היצור של פרוסות סיליקון, תאים סולאריים, רכיבים אופטיים ואלקטרואופטיים, ואפשרויות רבות אחרות.[5]
האטומים המותזים ונפלטים לפאזה הגזית אינם במצב שיווי המשקל התרמודינמי שלהם, ונוטים להישקע על כל המשטחים בתא הוואקום. וכך גם המצע (כמו פרוסת הסיליקון) המונח בתא יצופה בשכבה דקה. בניתוז מסוג זה משתמשים בדרך כלל בפלזמה של ארגון מכיוון שארגון, גז אציל, לא יגיב עם חומר היעד (המצע).
אנליזה
יישום נוסף הוא ניתוז של חומר היעד על מנת לבדוק את מהות החומר המוצז או החומר המתגלה במטרה. דוגמה אחת כזו מתרחשת בספקטרוסקופית מסות של יונים משניים (אנ'), SIMS. בשיטה זו מנותז הדגם הנבדק (המשמש כמורה) בקצב קבוע, ומודדים את הריכוז והזהות של האטומים המותזים ספקטרומטר מסה. באופן זה ניתן לקבוע את הרכב חומר הדגם, ואף ריכוזים נמוכים במיוחד (20 מיקרוגרם לקילוגרם) של זיהומים בו. יתר על כן, מכיוון שהניתוז מתקדם עם הזמן עמוק יותר לתוך המדגם, ניתן לקבל פרופילי ריכוז כפונקציה של העומק.
קישורים חיצוניים
הערות שוליים
- ^ 1 2 R. Behrisch (1981). Sputtering by Particle bombardment. Springer, Berlin. ISBN 978-3-540-10521-3.
- ^ http://www.semicore.com/news/94-what-is-dc-sputtering
- ^ P. Sigmund, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B (1987). "Mechanisms and theory of physical sputtering by particle impact". Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B. 27 (1): 1–20. Bibcode:1987NIMPB..27....1S. doi:10.1016/0168-583X(87)90004-8.
- ^ R. Behrisch and W. Eckstein (2007). Sputtering by Particle bombardment: Experiments and Computer Calculations from Threshold to Mev Energies. Springer, Berlin.
- ^ "Sputtering Targets | Thin Films". Admat Inc. (באנגלית אמריקאית). נבדק ב-2018-08-28.
