تنطوي عملية الرش الأيوني على قصف مادة مستهدفة بأيونات عالية الطاقة، عادةً من غاز خامل مثل الأرجون، مما يؤدي إلى طرد الذرات من الهدف وترسيبها بعد ذلك على ركيزة كغشاء رقيق. تُستخدم هذه التقنية على نطاق واسع في ترسيب الأغشية الرقيقة لتطبيقات مختلفة، بما في ذلك أشباه الموصلات والأجهزة البصرية وعلوم النانو.
ملخص العملية:
- التسريع الأيوني: يتم تسريع أيونات غاز خامل نحو مادة مستهدفة.
- تآكل الهدف: تصطدم الأيونات عالية الطاقة بالهدف، مما يؤدي إلى نقل الطاقة والتسبب في طرد الجسيمات المتعادلة من سطح الهدف.
- الترسيب: تنتقل الجسيمات المقذوفة وتترسب على ركيزة مكونة طبقة رقيقة.
الشرح التفصيلي:
-
التسارع الأيوني: في نظام الرش بالرش، يتم إنشاء بلازما عن طريق تأيين غاز خامل، عادةً ما يكون الأرجون. يتم بعد ذلك تسريع الأيونات بواسطة مجال كهربائي، عادةً ما يتم توليدها بواسطة تيار مستمر أو مصدر طاقة تردد لاسلكي (RF). يضفي التسارع طاقة حركية عالية على الأيونات.
-
تآكل الهدف: عندما تتصادم هذه الأيونات عالية الطاقة مع المادة المستهدفة، فإنها تنقل طاقتها إلى ذرات الهدف. ويكون انتقال الطاقة هذا كافيًا للتغلب على طاقة الارتباط لذرات الهدف، مما يؤدي إلى طردها من السطح. وتعرف هذه العملية باسم الاخرق. وعادة ما تكون الجسيمات المقذوفة محايدة ويمكن أن تشمل ذرات أو جزيئات أو مجموعات من الذرات.
-
الترسيب: تشكل المادة المقذوفة من الهدف سحابة بخار في محيط الركيزة. ثم يتكثف هذا البخار على الركيزة، مكونًا طبقة رقيقة. ويمكن التحكم بخصائص الفيلم، مثل سمكه وتجانسه، من خلال ضبط المعلمات مثل الطاقة المطبقة على البلازما، والمسافة بين الهدف والركيزة، وضغط الغاز في الغرفة.
أنواع تقنيات الاخرق:
- الرش بالتيار المستمر: يستخدم مصدر طاقة تيار مباشر وهو فعال للمواد الموصلة.
- الاخرق بالترددات اللاسلكية: يستخدم طاقة التردد اللاسلكي ويمكن استخدامه لكل من المواد الموصلة والعازلة.
- الاخرق المغنطروني: يتضمن استخدام المجالات المغناطيسية لتعزيز تأين غاز الاخرق وزيادة معدل الاخرق.
- الاخراخ بالشعاع الأيوني: يستخدم مصدر أيون منفصل لتوجيه حزمة من الأيونات إلى الهدف، مما يسمح بالتحكم الدقيق في عملية الترسيب.
التطبيقات:
يستخدم الاخرق في مختلف الصناعات لترسيب الأغشية الرقيقة من المواد. وهي مفيدة بشكل خاص في صناعة الإلكترونيات لتصنيع أشباه الموصلات، وفي البصريات لطلاء العدسات، وفي إنتاج الخلايا الشمسية وغيرها من الأجهزة الضوئية. وتُستخدم هذه التقنية أيضًا في الأبحاث لتطوير مواد جديدة وتطبيقات تكنولوجيا النانو.الخلاصة:
