ניתוז – הבדלי גרסאות

תוכן שנמחק תוכן שנוסף

בשורה

גרסה מ־21:46, 7 בפברואר 2021

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]

פיזיקה

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).

אפליקטיביות

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 בניתוז

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 דקות

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.

אנליזה

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 חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא ניתוז בוויקישיתוף

הערות שוליים

שגיאות פרמטריות בתבנית:הערות שוליים
פרמטרים [ 1 ] לא מופיעים בהגדרת התבנית

^ ¹ ² R. Behrisch (ed.) (1981). Sputtering by Particle bombardment. Springer, Berlin. ISBN 978-3-540-10521-3. {{cite book}}: |last= has generic name (עזרה)
^ http://www.semicore.com/news/94-what-is-dc-sputtering
^ 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.
^ R. Behrisch and W. Eckstein (eds.) (2007). Sputtering by Particle bombardment: Experiments and Computer Calculations from Threshold to Mev Energies. Springer, Berlin. {{cite book}}: |last= has generic name (עזרה)
^ "Sputtering Targets | Thin Films". Admat Inc. (באנגלית אמריקאית). נבדק ב-2018-08-28.

[Behrisch1981-1] ¹ ² R. Behrisch (ed.) (1981). Sputtering by Particle bombardment. Springer, Berlin. ISBN 978-3-540-10521-3. {{cite book}}: |last= has generic name (עזרה)

[2] ttp://www.semicore.com/news/94-what-is-dc-sputtering

[Sigmund1987-3] 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.

[Behrisch2007-4] R. Behrisch and W. Eckstein (eds.) (2007). Sputtering by Particle bombardment: Experiments and Computer Calculations from Threshold to Mev Energies. Springer, Berlin. {{cite book}}: |last= has generic name (עזרה)

[5] "Sputtering Targets | Thin Films". Admat Inc. (באנגלית אמריקאית). נבדק ב-2018-08-28.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

@@ שורה 1: / שורה 1: @@
 [[קובץ:Sputtering_system.jpg|ממוזער|250x250 פיקסלים| מערכת ניתוז אוריון AJA מסחרית במתקן המדע והטכנולוגיה Cornell NanoScale]]
-בפיזיקה, '''ניתוז''' היא תופעה בה [[חלקיק|חלקיקים]] מיקרוסקופיים של חומר מוצק נפלטים מעל פני השטח שלו, לאחר שהחומר עצמו מופגז על ידי [[חלקיק|חלקיקים]] אנרגטיים של [[פלזמה (מצב צבירה)|פלזמה]] או [[גז]] . <ref name="Behrisch1981">{{Cite book|title=Sputtering by Particle bombardment|last=R. Behrisch (ed.)|publisher=Springer, Berlin|year=1981|isbn=978-3-540-10521-3}}</ref> תופעה זו מתרחשת באופן טבעי [[חלל|בחלל החיצון]], ויכולה להוות מקור [[שחיקה מכנית|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 [[ננוטכנולוגיה|ננו]] - [[ננוטכנולוגיה|טכנולוגיה]] . זוהי למעשה טכניקת PVD. <ref>http://www.semicore.com/news/94-what-is-dc-sputtering</ref>
+בפיזיקה, '''ניתוז''' היא תופעה בה [[חלקיק]]ים מיקרוסקופיים של חומר מוצק נפלטים מעל פני השטח שלו, לאחר שהחומר עצמו מופגז על ידי חלקיקים אנרגטיים של [[פלזמה (מצב צבירה)|פלזמה]] או [[גז]] .<ref name="Behrisch1981">{{Cite book|title=Sputtering by Particle bombardment|last=R. Behrisch (ed.)|publisher=Springer, Berlin|year=1981|isbn=978-3-540-10521-3}}</ref> תופעה זו מתרחשת באופן טבעי [[חלל|בחלל החיצון]], ויכולה להוות מקור [[שחיקה מכנית|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 [[ננוטכנולוגיה|ננו]] - טכנולוגיה. זוהי למעשה טכניקת PVD. <ref>http://www.semicore.com/news/94-what-is-dc-sputtering</ref>
 == פיזיקה ==
-כאשר יונים אנרגטיים מתנגשים באטומים של חומר מטרה, מתרחשים חילופי [[תנע]] ביניהם. <ref name="Behrisch1981">{{Cite book|title=Sputtering by Particle bombardment|last=R. Behrisch (ed.)|publisher=Springer, Berlin|year=1981|isbn=978-3-540-10521-3}}</ref> <ref name="Sigmund1987">{{Cite journal|title=Mechanisms and theory of physical sputtering by particle impact|last=P. Sigmund, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B|journal=Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B|issue=1|doi=10.1016/0168-583X(87)90004-8|year=1987|volume=27|pages=1–20|bibcode=1987NIMPB..27....1S}}</ref> <ref name="Behrisch2007">{{Cite book|title=Sputtering by Particle bombardment: Experiments and Computer Calculations from Threshold to Mev Energies|last=R. Behrisch and W. Eckstein (eds.)|publisher=Springer, Berlin|year=2007}}</ref>
+כאשר יונים אנרגטיים מתנגשים באטומים של חומר מטרה, מתרחשים חילופי [[תנע]] ביניהם.{{הערה|שם=Behrisch1981}}<ref name="Sigmund1987">{{Cite journal|title=Mechanisms and theory of physical sputtering by particle impact|last=P. Sigmund, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B|journal=Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B|issue=1|doi=10.1016/0168-583X(87)90004-8|year=1987|volume=27|pages=1–20|bibcode=1987NIMPB..27....1S}}</ref><ref name="Behrisch2007">{{Cite book|title=Sputtering by Particle bombardment: Experiments and Computer Calculations from Threshold to Mev Energies|last=R. Behrisch and W. Eckstein (eds.)|publisher=Springer, Berlin|year=2007}}</ref>
-[[קובץ:Linearcollisioncascadesput.png|שמאל|ממוזער| ניתוז ממפל התנגשות לינארי. 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.]]
+[[קובץ:Linearcollisioncascadesput.png|שמאל|ממוזער| 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.
@@ שורה 12: / שורה 12: @@
 == אפליקטיביות ==
-תופעת ניתוז מתרחשת רק כאשר האנרגיה הקינטית של החלקיקים הנכנסים גבוהה בהרבה מאנרגיות תרמיות קונבנציונליות ( ≫ 1 [[אלקטרון וולט|eV]] ). כאשר נעשה זאת עם [[זרם ישר|זרם]] ישר (ניתוז DC) משתמשים במתח של 3-5 קילו וולט. כאשר נעשה שימוש ב[[זרם חילופין]] (ניתוז RF), התדרים הם סביב טווח 14MHz.
+תופעת ניתוז מתרחשת רק כאשר האנרגיה הקינטית של החלקיקים הנכנסים גבוהה בהרבה מאנרגיות תרמיות קונבנציונליות ( ≫ 1 [[אלקטרון וולט|eV]] ). כאשר נעשה זאת עם [[זרם ישר]] (ניתוז DC) משתמשים במתח של 3-5 קילו וולט. כאשר נעשה שימוש ב[[זרם חילופין]] (ניתוז RF), התדרים הם סביב טווח 14MHz.
 === ניקוי בניתוז ===
@@ שורה 18: / שורה 18: @@
 === ציפוי שכבות דקות ===
 ציפוי בניתוז הוא שיטה ליצירת שכבות דקות ידי ניתוז חומר ממקור "מטרה" על גבי "מצע", למשל [[פרוסת סיליקון|ווייפר]] סיליקון, תא סולארי, רכיב אופטי או אפשרויות רבות אחרות. <ref>{{Cite news|url=https://www.admatinc.com/thinfilms/sputteringtarget/|title=Sputtering Targets {{!}} Thin Films|work=Admat Inc.|access-date=2018-08-28|language=en-US}}</ref>
 אטומים מרוססים נפלטים לשלב הגז אך אינם במצב [[שיווי משקל תרמודינמי|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 (יסוד)|ארגון]] מכיוון שארגון, גז אצילי, לא יגיב עם חומר היעד.
@@ שורה 24: / שורה 24: @@
 === אנליזה ===
 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&nbsp;µg / kg) של זיהומים. יתר על כן, מכיוון שהניתוז נעשה עמוק יותר לתוך המדגם, ניתן למדוד פרופילי ריכוז כפונקציה של עומק.
+==קישורים חיצוניים==
+{{ויקישיתוף בשורה}}
-== הפניות ==
+== הערות שוליים ==
 {{הערות שוליים|30em}}
 [[קטגוריה:הנדסת חומרים]]