濺射
編輯在物理學中,濺射是一種現象,在這種現象中,固體材料本身受到等離子體或氣體的高能粒子轟擊后,從其表面噴射出微小粒子。 它自然發生在外層空間,并且可能是精密部件中不受歡迎的磨損源。 然而,它可以作用于極其精細的材料層這一事實在科學和工業中得到了利用——在那里,它被用于執行精確蝕刻、執行分析技術以及在光學涂層制造中沉積薄膜層 、半導體器件和納米技術產品。 它是一種物理氣相沉積技術。
物理
編輯這些離子稱為入射離子,在目標中引發碰撞級聯。 這種級聯可以采用多種路徑; 一些反沖到目標表面。 如果碰撞級聯到達目標表面,并且其剩余能量大于目標的表面結合能,則會彈出一個原子。 這個過程被稱為濺射。 如果目標很薄(在原子尺度上),碰撞級聯可以到達其背面; 據說以這種方式噴射的原子在傳輸中逃逸了表面結合能。
每個入射離子從靶中射出的平均原子數稱為濺射產率。 濺射產量取決于幾個因素:離子與材料表面碰撞的角度、它們撞擊材料的能量、它們的質量、靶原子的質量以及靶的表面結合能。 如果目標具有晶體結構,則其軸相對于表面的方向是一個重要因素。
引起濺射的離子有多種來源——它們可以來自等離子體、特殊構造的離子源、粒子加速器、外層空間(例如太陽風)或放射性物質(例如α輻射)。
用于描述非晶平面靶級聯狀態濺射的模型是 Thompson 的分析模型。 在程序 TRIM 中實現了一種算法,該算法基于包括高能電子剝離的量子力學處理來模擬濺射。
物理濺射的另一種機制稱為熱尖峰濺射。 當固體足夠致密并且進入的離子足夠重時,就會發生這種情況,碰撞發生在彼此非常接近的地方。 在這種情況下,二元碰撞近似不再有效,碰撞過程應該理解為多體過程。 密集的碰撞會引起熱尖峰(也稱為熱尖峰),這實際上會熔化一小部分晶體。 如果該部分足夠靠近其表面,則由于液體流向表面和/或微爆炸,可能會噴射出大量原子。 熱尖峰濺射對于能量在 keV–MeV 范圍內的重離子(例如 Xe 或 Au 或簇離子)轟擊具有低熔點的致密但軟的金屬(Ag、Au、Pb 等)最為重要。 熱尖峰濺射通常隨能量呈非線性增加,并且對于小團簇離子可以導致每團簇 10,000 數量級的顯著濺射產率。 有關此類過程的動畫,請參閱外部鏈接部分中的 Re:Displacement Cascade 1。
物理濺射具有明確定義的最小能量閾值,等于或大于從離子到目標原子的xxx能量轉移等于表面原子的結合能時的離子能量。 也就是說,只有當離子能夠將比原子從其表面脫離所需的能量更多的能量轉移到目標中時,它才會發生。
這個閾值通常在十到一百 eV 的范圍內。
當多組分固體靶被轟擊并且沒有固態擴散時,優先濺射可以在開始時發生。 如果能量轉移到其中一個目標成分的效率更高,或者它與固體的結合強度較低,它將比另一個更有效地濺射。
如果在 AB 合金中優先濺射組分 A,則在長時間的轟擊過程中,固體表面將富含 B 組分,從而增加 B 被濺射的可能性,從而濺射材料的成分最終會恢復到 AB。
電子濺射
編輯術語電子濺射可以表示由高能電子引起的濺射(例如在透射電子顯微鏡中),或由非常高能量或高電荷重離子引起的濺射,這些重離子主要通過電子阻止功率向固體失去能量,其中 電子激發引起濺射。
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