ניתוז

תופעה בה חלקיקים מיקרוסקופיים של חומר מוצק נפלטים מעל פני השטח שלו

בפיזיקה, ניתוז 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 סרט דק בייצור ציפויים אופטיים, מכשירי מוליכים למחצה ומוצרי ננו - טכנולוגיה. זוהי למעשה טכניקת PVD.[2]

מערכת ניתוז אוריון AJA מסחרית במתקן המדע והטכנולוגיה Cornell NanoScale

פיזיקהעריכה

כאשר יונים אנרגטיים מתנגשים באטומים של חומר מטרה, מתרחשים חילופי תנע ביניהם.[1][3][4]

 
ניתוז ממפל התנגשות ליניארי. הקו העבה ממחיש את מיקום פני השטח, כאשר כל מה שמתחתיו הוא אטומים בתוך החומר, והקווים הדקים יותר הם נתיבי התנועה הבליסטיים של האטומים עד שהם נעצרים בחומר. בסגול, היון הנכנס. עיגולים אדומים, כחולים, ירוקים וצהובים ממחישים רתיעה ראשונית, משנית, שלישונית ורביעית, בהתאמה. שניים מהאטומים יוצאים במקרה מהדוגמה, כלומר הם מנותזים.

יונים אלה, המכונים "יונים פוגעים", הניעו מפל התנגשות ביעד. מפל כזה יכול לנוע בדרכים רבות; חלקם נרתעים חזרה לכיוון פני המטרה. אם מפל התנגשות יגיע אל פני השטח, והאנרגיה הנותרת שלו גדולה יותר מאנרגיית פני השטח, אטום ייפלט. תהליך זה מכונה "ניתוז". אם המטרה דקה (בקנה מידה אטומי), מפל ההתנגשות יכול להגיע לצד האחורי שלה.

המספר הממוצע של אטומים שנפלטים מהמטרה לכל אירוע פגיעה נקרא "נצילות הניתוז". היא תלויה בכמה דברים: הזווית בה יונים מתנגשים במשטח החומר, בכמה אנרגיה הם פוגעים בו, מסותיהם, מסות אטומי המטרה ואנרגיית פני השטח של המטרה. אם למטרה יש מבנה קריסטליני, כיוון הצירים ביחס לפני השטח הוא 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).

אפליקטיביותעריכה

תופעת ניתוז מתרחשת רק כאשר האנרגיה הקינטית של החלקיקים הנכנסים גבוהה בהרבה מאנרגיות תרמיות קונבנציונליות ( ≫ 1 eV ). כאשר נעשה זאת עם זרם ישר (ניתוז DC) משתמשים במתח של 3–5 קילו וולט. כאשר נעשה שימוש בזרם חילופין (ניתוז RF), התדרים הם סביב טווח 14MHz.

ניקוי בניתוזעריכה

ניתן לנקות את משטחי מוצקים ממזהמים באמצעות ניתוז פיזי בוואקום. לניקוי בניתוז יש כמה בעיות פוטנציאליות כמו חימום פני השטח, זיהום גזי באזור המשטח, נזקי הפצצות (קרינה) באזור המשטח וחיספוס פני השטח. ניתוז פני השטח של תרכובת או חומר סגסוגת יכולה לגרום לשינוי הרכב המשטח.

ציפוי שכבות דקותעריכה

ציפוי בניתוז הוא שיטה ליצירת שכבות דקות ידי ניתוז חומר ממקור "מטרה" על גבי "מצע", למשל ווייפר סיליקון, תא סולארי, רכיב אופטי או אפשרויות רבות אחרות.[5]

אטומים מרוססים נפלטים לשלב הגז אך אינם במצב שיווי המשקל התרמודינמי שלהם, ונוטים להישקע על כל המשטחים בתא הוואקום. מצע (כמו ווייפר) המונח בתא יצופה בשכבה דקה. בניתוז מסוג זה משתמשים בדרך כלל בפלזמה של ארגון מכיוון שארגון, גז אצילי, לא יגיב עם חומר היעד.

אנליזהעריכה

יישום נוסף הוא ניתוז של חומר היעד. דוגמה אחת כזו מתרחשת בספקטרומטר מסה של יונים משניים (SIMS), שם הדגם מנותז בקצב קבוע. כאשר המטרה מנותזת, הריכוז והזהות של אטומים מנותזים נמדדים באמצעות ספקטרומטר מסה. באופן זה ניתן לקבוע את הרכב חומר היעד ואף ריכוזים נמוכים במיוחד (20 µg / kg) של זיהומים. יתר על כן, מכיוון שהניתוז נעשה עמוק יותר לתוך המדגם, ניתן למדוד פרופילי ריכוז כפונקציה של עומק.

קישורים חיצונייםעריכה

  מדיה וקבצים בנושא ניתוז בוויקישיתוף

הערות שולייםעריכה

  1. ^ 1 2 R. Behrisch (ed.) (1981). Sputtering by Particle bombardment. Springer, Berlin. ISBN 978-3-540-10521-3. 
  2. ^ http://www.semicore.com/news/94-what-is-dc-sputtering
  3. ^ 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. 
  4. ^ R. Behrisch and W. Eckstein (eds.) (2007). Sputtering by Particle bombardment: Experiments and Computer Calculations from Threshold to Mev Energies. Springer, Berlin. 
  5. ^ "Sputtering Targets | Thin Films". Admat Inc. (באנגלית). בדיקה אחרונה ב-28 באוגוסט 2018.