เทคโนโลยีการเคลือบแบบสปัตเตอร์ริ่ง

1. คุณสมบัติของการเคลือบแบบสปัตเตอร์
เมื่อเปรียบเทียบกับการเคลือบด้วยการระเหยในสุญญากาศแบบดั้งเดิม การเคลือบด้วยการสปัตเตอร์มีคุณสมบัติดังต่อไปนี้:
(1) สารใดๆ ก็สามารถสปัตเตอร์ได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งธาตุและสารประกอบที่มีจุดหลอมเหลวสูงและความดันไอต่ำ ตราบใดที่เป็นของแข็ง ไม่ว่าจะเป็นโลหะ สารกึ่งตัวนำ ฉนวน สารประกอบ และสารผสม ฯลฯ ไม่ว่าจะเป็นวัสดุที่เป็นก้อนหรือเม็ด ก็สามารถใช้เป็นวัสดุเป้าหมายได้ เนื่องจากมีการสลายตัวและการแยกส่วนน้อยมากเมื่อสปัตเตอร์วัสดุฉนวนและโลหะผสม เช่น ออกไซด์ จึงสามารถนำไปใช้ในการเตรียมฟิล์มบางและฟิล์มโลหะผสมที่มีส่วนประกอบสม่ำเสมอคล้ายกับวัสดุเป้าหมาย และแม้กระทั่งฟิล์มตัวนำยิ่งยวดที่มีองค์ประกอบที่ซับซ้อน นอกจากนี้ วิธีการสปัตเตอร์แบบปฏิกิริยายังสามารถใช้ในการผลิตฟิล์มของสารประกอบที่แตกต่างจากวัสดุเป้าหมายอย่างสิ้นเชิง เช่น ออกไซด์ ไนไตรด์ คาร์ไบด์ และซิลิไซด์
(2) การยึดเกาะที่ดีระหว่างฟิล์มที่พ่นออกมากับพื้นผิว เนื่องจากพลังงานของอะตอมที่พ่นออกมาสูงกว่าอะตอมที่ระเหยถึง 1-2 เท่า การแปลงพลังงานของอนุภาคพลังงานสูงที่ตกตะกอนบนพื้นผิวจึงสร้างพลังงานความร้อนที่สูงขึ้น ซึ่งช่วยเพิ่มการยึดเกาะของอะตอมที่พ่นออกมากับพื้นผิว อะตอมที่พ่นออกมาพลังงานสูงบางส่วนจะถูกฉีดเข้าไปในระดับที่แตกต่างกัน ก่อให้เกิดชั้นที่เรียกว่าชั้นเสมือนการแพร่บนพื้นผิว ซึ่งอะตอมที่พ่นออกมาและอะตอมของวัสดุพื้นผิวสามารถ "ผสม" กันได้ นอกจากนี้ ในระหว่างการชนของอนุภาคที่พ่นออกมา พื้นผิวจะถูกทำความสะอาดและกระตุ้นในบริเวณพลาสมาอยู่เสมอ ซึ่งจะกำจัดอะตอมที่ตกตะกอนซึ่งยึดเกาะได้ไม่ดี ทำความสะอาดและกระตุ้นพื้นผิวของพื้นผิว ส่งผลให้การยึดเกาะของชั้นฟิล์มที่พ่นออกมากับพื้นผิวดีขึ้นอย่างมาก
(3) ความหนาแน่นของการเคลือบแบบสปัตเตอร์สูง รูพรุนน้อยลง และความบริสุทธิ์ของชั้นฟิล์มสูงขึ้นเนื่องจากไม่มีการปนเปื้อนของเบ้าหลอม ซึ่งเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ในการตกตะกอนไอระเหยในสุญญากาศระหว่างกระบวนการเคลือบแบบสปัตเตอร์
(4) การควบคุมและความสามารถในการทำซ้ำของความหนาของฟิล์มที่ดี เนื่องจากสามารถควบคุมกระแสการปล่อยประจุและกระแสเป้าหมายแยกกันได้ในระหว่างการเคลือบแบบสปัตเตอร์ ความหนาของฟิล์มจึงสามารถควบคุมได้โดยการควบคุมกระแสเป้าหมาย ดังนั้น การควบคุมความหนาของฟิล์มและความสามารถในการทำซ้ำของความหนาของฟิล์มโดยการสปัตเตอร์หลายครั้งจึงดี และสามารถเคลือบฟิล์มที่มีความหนาตามที่กำหนดไว้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ การเคลือบแบบสปัตเตอร์ยังสามารถให้ความหนาของฟิล์มที่สม่ำเสมอทั่วพื้นที่ขนาดใหญ่ อย่างไรก็ตาม สำหรับเทคโนโลยีการเคลือบแบบสปัตเตอร์ทั่วไป (ส่วนใหญ่เป็นการสปัตเตอร์แบบไดโพล) อุปกรณ์มีความซับซ้อนและต้องการอุปกรณ์แรงดันสูง ความเร็วในการสร้างฟิล์มของการตกตะกอนแบบสปัตเตอร์ต่ำ อัตราการตกตะกอนแบบระเหยในสุญญากาศอยู่ที่ 0.1~5 นาโนเมตร/นาที ในขณะที่อัตราการสปัตเตอร์อยู่ที่ 0.01~0.5 นาโนเมตร/นาที อุณหภูมิของพื้นผิวสูงขึ้นและไวต่อก๊าซเจือปน เป็นต้น อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการพัฒนาเทคโนโลยีการสปัตเตอร์แบบ RF และการสปัตเตอร์แบบแมกเนตรอน ทำให้มีความก้าวหน้าอย่างมากในการบรรลุการตกตะกอนแบบสปัตเตอร์ที่รวดเร็วและลดอุณหภูมิของพื้นผิว นอกจากนี้ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีการวิจัยวิธีการเคลือบแบบสปัตเตอร์แบบใหม่ โดยอาศัยการสปัตเตอร์แบบแมกเนตรอนระนาบ เพื่อลดความดันอากาศในการสปัตเตอร์ให้เหลือน้อยที่สุด จนกระทั่งถึงการสปัตเตอร์แบบความดันศูนย์ ซึ่งความดันของก๊าซที่ดูดเข้าไปในระหว่างการสปัตเตอร์จะเป็นศูนย์