การเคลือบฟิล์มบางด้วยกระบวนการสปัตเตอริง (Sputtering)

 

รูปที่ 1 Sputtering

 

          เทคนิคสปัตเตอริง (Sputtering) เป็นวิธีการหนึ่งที่นิยมนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการเคลือบฟิล์มบาง เนื่องจากจะได้ฟิล์มที่มีความสม่ำเสมอ และมีความบริสุทธิ์สูง อาศัยหลักการเร่งอิเล็กตรอนภายใต้สนามแม่เหล็กไฟฟ้าให้มีพลังงานสูงขึ้นจนสามารถชนกับอะตอมของอนุภาค ที่มีประจุไฟฟ้าและเกิดการถ่ายโอนพลังงานทำให้อะตอมของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเกิดการแตกตัว เป็นไอออนบวกและถูกเร่งให้วิ่งเข้าชนกับอนุภาคของเป้าสารเคลือบ (Target atom) ที่อยู่ใกล้ขั้วแคโทด (Cathode) ทำให้อะตอมของสารเคลือบหลุดขึ้นไปเคลือบบนวัสดุฐานรองรับ (substrate) ที่อยู่ใกล้กับขั้วแอโนด (Anode) โดยอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าที่ใช้ส่วนใหญ่มักเป็นไอออนของแก็สอาร์กอน (Ar) เนื่องจากมีคุณสมบัติเป็นแก็สเฉื่อยที่ไม่ทำปฏิกิริยากับอะตอมของเป้าสารเคลือบ และเป็นธาตุที่มีน้ำหนักอะตอมค่อนข้างมากจึงเหมาะแก่การระดมยิงเป้าสารเคลือบ การเคลือบฟิล์มบางด้วยกระบวนการสปัตเตอริงนั้นสามารถแบ่งได้เป็น  2 วิธี คือ วิธีดีซีสปัตเตอริง (DC Sputtering) จะใช้ไฟฟ้ากระแสตรงในการเคลือบฟิล์มซึ่งเหมาะกับสารเคลือบที่เป็นตัวนำไฟฟ้า และวิธีอาร์เอฟสปัตเตอริง (RF Sputtering) ใช้ไฟฟ้ากระแสสลับย่านความถี่วิทยุให้กับขั้วแคโทดและขั้วแอโนด เหมาะกับสารเคลือบที่เป็นฉนวน

        นอกจากนี้ระบบสปัตเตอริงที่มีการใส่สนามแม่เหล็กเพิ่มเข้าไปในบริเวณขั้วแคโทด ทำให้อิเล็กตรอนมีการเคลื่อนที่แบบไซคลอยด์ ซึ่งจะส่งผลทำให้สามารถเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กไฟฟ้าได้นานขึ้นและมีเส้นทางการเคลื่อนที่มากขึ้น จึงเกิดการดิสชาร์จและได้ไอออนบวกมากขึ้น เป็นการเพิ่มโอกาสในการชนกันระหว่างอะตอมของแก็สเฉื่อยกับอะตอมของเป้าสารเคลือบ

  

รูปที่ 2 ระบบสปัตเตอริง

(ดัดแปลงจาก adnano-tek)

 

[1]     adnano-tek. UHV Magnetron Sputtering System (MDS). Retrived March, 5, 2020. From https://www.adnano-tek.com/magnetron-sputtering-deposition-msd.html.