يشير مردود رش المواد إلى متوسط عدد الذرات المقذوفة من سطح المادة المستهدفة نتيجة تصادم كل أيون. ويتأثر هذا المردود بعدة عوامل بما في ذلك زاوية وطاقة الضربة الأيونية، وأوزان الأيونات والذرات المستهدفة، وطاقة الارتباط للمادة المستهدفة، والظروف التشغيلية مثل ضغط غاز البلازما وقوة المجال المغناطيسي.
العوامل المؤثرة على إنتاجية الاخرق:
- زاوية وطاقة الضربة الأيونية: تؤثر الزاوية التي تضرب بها الأيونات سطح الهدف والطاقة التي تحملها أثناء التصادم بشكل كبير على مردود الاخرق. وعادةً ما تميل الأيونات ذات الطاقة الأعلى وتلك التي تصطدم بزوايا أكثر تعامدًا إلى قذف المزيد من الذرات من سطح الهدف.
- أوزان الأيونات والذرات المستهدفة: تلعب كتلة الأيونات والذرات المستهدفة أدوارًا حاسمة. وتؤدي الأيونات الأثقل أو الذرات المستهدفة بشكل عام إلى زيادة إنتاجية الاخرق بسبب زيادة انتقال الزخم أثناء التصادمات.
- طاقة الارتباط للمادة المستهدفة: تؤثر قوة الروابط بين الذرات في المادة المستهدفة على مدى سهولة قذف الذرات. فالمواد ذات طاقات الارتباط المنخفضة تكون أسهل في الاهتزاز، وبالتالي يكون لها إنتاجية أعلى.
- ظروف التشغيل: يمكن لعوامل مثل ضغط غاز البلازما ووجود المجالات المغناطيسية (خاصة في الاخرق المغنطروني) ضبط كثافة وطاقة الأيونات التي تصل إلى الهدف، وبالتالي التأثير على إنتاجية الاخرق.
إنتاجية الاخرق وترسيب المواد:
يؤثر مردود الاخرق بشكل مباشر على معدل ترسيب المواد على الركيزة، والمعروف باسم معدل الاخرق. ويتم حساب هذا المعدل باستخدام المعادلة:[\\نص {معدل الاخرق} = \frac{MSj}{pN_Ae}]
حيث (M) هو الوزن المولي للهدف، و(S) هو ناتج الاصطرار، و(j) هو كثافة التيار الأيوني، و(p) هو كثافة المادة، و(N_A) هو عدد أفوجادرو، و(e) هو شحنة الإلكترون. وتوضح هذه الصيغة كيف يمكن أن يؤدي تحسين مردود الاخرق إلى تحسين كفاءة عمليات ترسيب الأغشية الرقيقة.
تطبيقات وقيود عملية الرش بالأخرق:
