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<title>Sputtering</title>
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<div id="wx_article">
<wx:section level="1" title="Sputtering" id="wxsec1"><h1 class="pagetitle" id="wx1">Sputtering</h1>

<p id="wx2">Lo <b id="wx3">sputtering</b> è un processo per il quale si ha emissione di <a href="/wit/Atomo" title="Atomo" wx:linktype="known" wx:pagename="Atomo" wx:page_id="326" id="wx4">atomi</a>, <a href="/wit/Ione" title="Ione" wx:linktype="known" wx:pagename="Ione" wx:page_id="9365" id="wx5">ioni</a> o frammenti <a href="/wit/Molecola" title="Molecola" wx:linktype="known" wx:pagename="Molecola" wx:page_id="2761" id="wx6">molecolari</a> da un materiale solido detto bersaglio (<i id="wx7">target</i>) bombardato con un fascio di particelle energetiche (generalmente <a href="/wit/Ione" title="Ione" wx:linktype="known" wx:pagename="Ione" wx:page_id="9365" id="wx8">ioni</a>).</p>

<div id="wx_toc"/>

<a id="Il_processo_di_sputtering" name="Il_processo_di_sputtering"/>
<wx:section level="2" title="Il processo di sputtering" id="wxsec2"><h2 id="wx9">Il processo di sputtering</h2>

<div class="wx_image" wx:framed="framed" id="wx10"><a href="/wit/Immagine:Sputtering.jpg" title="Uno ione energetico (p.es. Ar+) collide sulla superficie del bersaglio, provocando l'emissione di atomi e frammenti molecolari (non è schematizzata la cascata di collisioni). Vengono erosi indistintamente gli atomi del materiale (in blu) e le impurità (in rosso)." wx:linktype="image" wx:pagename="Immagine:Sputtering.jpg" id="wx11"><img src="/wit/Immagine:Sputtering.jpg" alt="Uno ione energetico (p.es. Ar+) collide sulla superficie del bersaglio, provocando l'emissione di atomi e frammenti molecolari (non è schematizzata la cascata di collisioni). Vengono erosi indistintamente gli atomi del materiale (in blu) e le impurità (in rosso)." width="250" id="wx12"/></a> 

<div class="thumbcaption" id="wx13">
<p id="wx14">Uno ione energetico (p.es. <a href="/wit/Argon" title="Argon" wx:linktype="known" wx:pagename="Argon" wx:page_id="419" id="wx15">Ar</a><sup id="wx16">+</sup>) collide sulla superficie del bersaglio, provocando l'emissione di atomi e frammenti molecolari (non è schematizzata la cascata di collisioni). Vengono erosi indistintamente gli atomi del materiale (in blu) e le impurità (in rosso).</p>
</div>
</div>

<p id="wx17">Nell'intervallo di energia degli ioni abitualmente coinvolti nello sputtering (solitamente minore di 1 <a href="/wit/Elettronvolt" title="Elettronvolt" wx:linktype="known" wx:pagename="Elettronvolt" wx:page_id="1792" id="wx18">keV</a> per applicazioni di <i id="wx19"><a href="/wit/Etching" class="new" title="Etching" wx:linktype="unknown" wx:pagename="Etching" id="wx20">etching</a></i> o deposizione), l'interazione tra lo ione incidente e gli atomi del bersaglio, e susseguenti interazioni fra questi ultimi, può essere trattata come una serie di collisioni binarie, un po' come avviene nel primo colpo di una partita di biliardo (in cui il triangolo di palle viene colpito e "spaccato" dalla palla bianca).</p>

<p id="wx21">Lo ione incidente colpisce gli <a href="/wit/Atomo" title="Atomo" wx:linktype="known" wx:pagename="Atomo" wx:page_id="326" id="wx22">atomi</a> impacchettati e li disperde in tutte le direzioni (fenomeno detto "cascata di collisioni"), compresa quella che li porta a uscire dal bersaglio. Il materiale viene emesso dal bersaglio dopo una cascata di collisioni e non dopo un singolo urto particella incidente - atomo del bersaglio perché non è possibile che un singolo urto causi una variazione della direzione del <a href="/wit/Quantit%C3%A0_di_moto" title="Quantità di moto" wx:linktype="known" wx:pagename="Quantità_di_moto" wx:page_id="3607" id="wx23">momento</a> sufficiente a far sì che l'atomo del bersaglio abbia una componente di <a href="/wit/Velocit%C3%A0" title="Velocità" wx:linktype="known" wx:pagename="Velocità" wx:page_id="4441" id="wx24">velocità</a> diretta verso la direzione di arrivo dello ione incidente.</p>

<p id="wx25">In base a considerazioni geometriche è chiaro perché l'incidenza obliqua degli ioni che colpiscono il bersaglio aumenta la resa di sputtering: con incidenza non <a href="/wit/Perpendicolare" title="Perpendicolare" wx:linktype="known" wx:pagename="Perpendicolare" wx:page_id="257289" id="wx26">perpendicolare</a> è più facile che le collisioni conferiscano una componente di velocità diretta verso l'esterno del bersaglio agli atomi del bersaglio stesso.</p>

<p id="wx27">Tipicamente in un processo di sputtering le particelle energetiche che bombardano il bersaglio sono costituite da ioni; la resa maggiore si ha quando gli ioni incidenti hanno massa paragonabile a quella degli atomi del bersaglio perché in questo caso si ha un più efficiente scambio di energia tra ione incidente ed atomo del bersaglio.</p>

<p id="wx28">Il materiale viene prevalentemente emesso dal bersaglio sotto forma di particelle elettricamente neutre (atomi non ionizzati, frammenti di molecole, ecc.)</p>

<a id="Resa_di_sputtering" name="Resa_di_sputtering"/>
<wx:section level="3" title="Resa di sputtering" id="wxsec5"><h3 id="wx29">Resa di sputtering</h3>

<p id="wx30">La resa di sputtering (<i id="wx31">sputtering yield</i>) è definita come il numero di atomi erosi dal bersaglio per ogni ione incidente.</p>

<p id="wx32">È una quantità che dipende dai seguenti parametri:</p>

<ul id="wx33">
<li id="wx34">
<p id="wx35">massa dello ione incidente</p>
</li>

<li id="wx36">
<p id="wx37">massa degli atomi del bersaglio</p>
</li>

<li id="wx38">
<p id="wx39">energia di <a href="/wit/Legame_interatomico" class="new" title="Legame interatomico" wx:linktype="unknown" wx:pagename="Legame_interatomico" id="wx40">legame interatomico</a> nel solido</p>
</li>

<li id="wx41">
<p id="wx42">angolo di incidenza</p>
</li>

<li id="wx43">
<p id="wx44">energia dello ione incidente</p>
</li>
</ul>

<p id="wx45">La curva "resa di sputtering" in funzione dell'"energia dello ione incidente" è all'incirca <a href="/wit/Funzione_lineare" title="Funzione lineare" wx:linktype="known" wx:pagename="Funzione_lineare" wx:page_id="264986" id="wx46">lineare</a> fino a una certa <a href="/wit/Energia" title="Energia" wx:linktype="known" wx:pagename="Energia" wx:page_id="1706832" id="wx47">energia</a>, oltre la quale tende a un <a href="/wit/Asintoto" title="Asintoto" wx:linktype="known" wx:pagename="Asintoto" wx:page_id="135026" id="wx48">asintoto</a> orizzontale: a tali energie gli ioni penetrano così in profondità nel bersaglio che l'energia non è più trasmessa agli strati superficiali, ma solo a quelli sottostanti, in modo che gli atomi hanno probabilità nulle di uscire dal bersaglio. In regimi di energie molto alti si esegue infatti un processo detto <a href="/wit/Impianto_ionico" class="new" title="Impianto ionico" wx:linktype="unknown" wx:pagename="Impianto_ionico" id="wx49">impianto ionico</a>.</p>

<a id="La_cascata_di_collisioni" name="La_cascata_di_collisioni"/>
</wx:section><wx:section level="3" title="La cascata di collisioni" id="wxsec6"><h3 id="wx50">La cascata di collisioni</h3>

<p id="wx51">I fenomeni che avvengono in una cascata di collisioni servono per capire le applicazioni dello sputtering. I seguenti processi, non necessariamente tutti, possono avvenire al bersaglio:</p>

<ul id="wx52">
<li id="wx53">
<p id="wx54">Un atomo può essere espulso (e viene chiamato ione secondario)</p>
</li>

<li id="wx55">
<p id="wx56">lo ione incidente può essere impiantato o riflesso, probabilmente come neutro e probabilmente con una grossa perdita in energia.</p>
</li>

<li id="wx57">
<p id="wx58">L'impatto dello ione e la risultante cascata di collisioni può provocare una quantità di riarrangiamento strutturale nei dintorni del punto di collisione</p>
</li>

<li id="wx59">
<p id="wx60">un elettrone secondario può essere espulso</p>
</li>

<li id="wx61">
<p id="wx62">vengono emessi fotoni (visibili, UV e X, a seconda delle energie coinvolte)</p>
</li>
</ul>

<a id="Applicazioni_pratiche" name="Applicazioni_pratiche"/>
</wx:section></wx:section><wx:section level="2" title="Applicazioni pratiche" id="wxsec3"><h2 id="wx63">Applicazioni pratiche</h2>

<p id="wx64">Il processo di sputtering ha diverse applicazioni pratiche, tipicamente nel settore industriale (industria dei <a href="/wit/Semiconduttori" title="Semiconduttori" wx:linktype="known" wx:pagename="Semiconduttori" wx:page_id="15250" id="wx65">semiconduttori</a> o dei ricoprimenti superficiali, per esempio) o di ricerca scientifica (fisica dello stato solido, scienza dei materiali), ma tecniche basate sullo sputtering vengono ormai utilizzate in svariati campi: dall'<a href="/wit/Archeologia" title="Archeologia" wx:linktype="known" wx:pagename="Archeologia" wx:page_id="11" id="wx66">archeologia</a> all'analisi di prove processuali.</p>

<p id="wx67">Le due principali applicazioni industriali dello sputtering sono comunque:</p>

<ul id="wx68">
<li id="wx69"><b id="wx70">Sputter etching</b>
<p id="wx71">(pulizia per polverizzazione anodica o pulizia per sputtering) : il fatto di erodere un bersaglio progressivamente, può essere usato per pulire la superficie da contaminanti superficiali o per assottigliarla. In alternativa, con l'uso di opportune maschere poste sopra il bersaglio, la tecnica si può usare per erodere selettivamente alcune aree di interesse.</p>
</li>
</ul>

<ul id="wx72">
<li id="wx73"><b id="wx74">Sputter deposition</b>
<p id="wx75">(deposizione per sputtering) : gli atomi emessi dal target si ricondensano sulle superfici interne della camera da vuoto, questo fenomeno può essere sfruttato per il ricoprimento di manufatti: basta semplicemente introdurre il pezzo da trattare nella camera da vuoto per un tempo sufficiente alla formazione di uno strato di materiale emesso dal target sulla sua superficie. La deposizione per sputtering permette di ottenere film di ottima qualità praticamente di ogni tipo di materiale e con particolari accorgimenti consente la realizzazione di ricoprimenti con struttura e proprietà diverse dal materiale di partenza in fase massiva. L'industria dei <a href="/wit/Compact_disc" title="Compact disc" wx:linktype="known" wx:pagename="Compact_disc" wx:page_id="16686" id="wx76">compact disc</a> scrivibili utilizza lo sputtering per la deposizione del sottile strato di alluminio che permette al <a href="/wit/Laser" title="Laser" wx:linktype="known" wx:pagename="Laser" wx:page_id="1709357" id="wx77">laser</a> di leggere i dati incisi sul soprastante film organico. Tipicamente lo spessore dei ricoprimenti realizzati con questa tecnica va dalla decina di <a href="/wit/Nanometro" title="Nanometro" wx:linktype="known" wx:pagename="Nanometro" wx:page_id="3015" id="wx78">nm</a> ai <a href="/wit/Micron" title="Micron" wx:linktype="known" wx:pagename="Micron" wx:page_id="117767" id="wx79">μm</a>.</p>
</li>
</ul>

<dl id="wx80">
<dd id="wx81">
<p id="wx82">La deposizione per sputtering rienta nell'insieme di tecniche raggruppate sotto il nome <a href="/wit/Physical_Vapour_Deposition" title="Physical Vapour Deposition" wx:linktype="known" wx:pagename="Physical_Vapour_Deposition" wx:page_id="1274410" id="wx83">Physical Vapour Deposition</a> (PVD), deposizione con metodi fisici da fase vapore.</p>
</dd>
</dl>

<p id="wx84">Entrando maggiormente in dettaglio, le tecniche di sputtering si possono sostanzialmente dividere in tre categorie:</p>

<p id="wx85"><b id="wx86">Magnetron sputtering</b>: il sistema di deposizione fa uso di un dispositivo passivo in grado di generare un campo magnetostatico; le particelle e gli ioni dotati di carica elettrica che sono soggetti alla forza di Lorentz vengono deviate dalla configurazione particolare delle linee di flusso del campo, in modo da impattare più volte con il target di cui si vuole deporre uno strato, incrementando notevolmente la resa del processo poiché si immette più materiale nel plasma;</p>

<p id="wx87"><b id="wx88">RF sputtering</b>: generalmente ci si riferisce a questa tecnica come sputtering attivato da una radiofrequenza (Radio Frequency), che ha lo scopo di accendere il plasma e mantenere nello stato eccitato gli ioni, trasferendo loro energia;</p>

<p id="wx89"><b id="wx90">DC sputtering</b>: variante dello sputtering tradizionale in cui un'alta tensione continua (Direct Current) viene mantenuta tra il target che si vuole evaporare ed il substrato che si vuole ricoprire, qualora il primo sia un materiale metallico conduttivo.</p>

<p id="wx91">Esistono inoltre applicazioni in cui lo sputtering viene impiegato per scopi di analisi.</p>

<a id="Analisi_SIMS" name="Analisi_SIMS"/>
<wx:section level="3" title="Analisi SIMS" id="wxsec7"><h3 id="wx92">Analisi SIMS</h3>

<wx:template id="wx_t1" pagename="Template:Vedi_anche" page_id="201597"/>
<table style="margin-bottom:.5em; border:1px solid #CCC; text-align:left; font-size:95%; background:#ffffff" id="wx93">
<tr id="wx94">
<td style="padding:0 .5em" id="wx95"><a href="/wit/Immagine:Exquisite-kfind.png" title="" wx:linktype="image" wx:pagename="Immagine:Exquisite-kfind.png" id="wx96"><img src="/wit/Immagine:Exquisite-kfind.png" alt="" width="20" id="wx97"/></a> </td>
<td style="width:100%" id="wx98"><i id="wx99">Per approfondire, vedi la voce <b id="wx100"><a href="/wit/SIMS" title="SIMS" wx:linktype="known" wx:pagename="SIMS" wx:page_id="131646" id="wx101">SIMS</a></b>.</i> </td>
</tr>
</table>

<wx:templateend start="wx_t1"/>
<p id="wx102">Lo sputtering è il processo alla base anche della <a href="/wit/Spettrometria_di_massa_di_ioni_secondari" title="Spettrometria di massa di ioni secondari" wx:linktype="known" wx:pagename="Spettrometria_di_massa_di_ioni_secondari" wx:page_id="131595" id="wx103">spettrometria di massa di ioni secondari</a> (SIMS), una tecnica molto sofisticata di analisi chimica di campioni, largamente utilizzata nell'industria e nella ricerca.</p>

<p id="wx104">Il processo di collisione in cascata, in questo tipo di tecnica, interessa generalmente i primi 10 nm del campione, tuttavia durante un’analisi SIMS in condizioni tipiche circa il 95% del materiale riemesso proviene dai primi 1-2 nm, dunque la risoluzione in profondità del SIMS è di circa 3÷10nm. Nel caso di campioni in forma cristallina la penetrazione degli ioni primari è in genere più elevata, a causa della presenza di direzioni privilegiate nei cristalli (si ha il cosiddetto <i id="wx105">channelling process</i>). In questo caso non si può applicare il metodo delle collisioni a cascata, poiché gli <a href="/wit/Ione" title="Ione" wx:linktype="known" wx:pagename="Ione" wx:page_id="9365" id="wx106">ioni</a> primari interagiscono con la struttura cristallina nel suo complesso, piuttosto che con un singolo <a href="/wit/Atomo" title="Atomo" wx:linktype="known" wx:pagename="Atomo" wx:page_id="326" id="wx107">atomo</a> alla volta.</p>

<p id="wx108">L’<a href="/wit/Energia_cinetica" title="Energia cinetica" wx:linktype="known" wx:pagename="Energia_cinetica" wx:page_id="47613" id="wx109">energia cinetica</a> del materiale emesso nel processo di erosione è variabile: gli ioni secondari atomici hanno energie molto basse, dell’ordine dei 20 eV. Gli ioni molecolari hanno energie inferiori, poiché l’energia cinetica ceduta dagli ioni primari alle molecole è convertita anche in energia rotovibrazionale.</p>

<p id="wx110">L’energia di ionizzazione degli elementi contenuti nel campione è il parametro decisivo per la generazione di ioni secondari positivi. Per quanto riguarda la creazione di secondari negativi, il parametro di riferimento è invece l’elettronegatività (affinità elettronica). Oltre a ciò, la probabilità di ionizzazione dipende fortemente dall’ambiente chimico che circonda l’atomo considerato (<i id="wx111">effetto di matrice</i>). La forte influenza dell’effetto di matrice rende piuttosto complicata la quantificazione dei risultati delle analisi SIMS.</p>

<a id="Collegamenti_esterni" name="Collegamenti_esterni"/>
</wx:section></wx:section><wx:section level="2" title="Collegamenti esterni" id="wxsec4"><h2 id="wx112">Collegamenti esterni</h2>

<ul id="wx113">
<li id="wx114"><wx:template id="wx_t2" pagename="Template:En" page_id="121878"/>
<p id="wx115">(<span style="font-weight:bolder; font-size:80%" id="wx116"><a href="/wit/Lingua_inglese" title="Lingua inglese" wx:linktype="known" wx:pagename="Lingua_inglese" wx:page_id="2523" id="wx117">EN</a></span>) <wx:templateend start="wx_t2"/> <a href="http://www.geocities.com/karolewski/kalypso.htm" class="external text" wx:linktype="external" rel="nofollow" id="wx118">Un programma gratuito di simulazione dell'effetto</a></p>
</li>
</ul>

<wx:template id="wx_t3" pagename="Template:Portale" page_id="949487"/>
<div style="margin-left:0; margin-right:0" id="wx119">
<ul style="display:block; clear:both; list-style-image:none; list-style-type:none; width:100%; vertical-align:middle; margin:0; margin-bottom:1em; padding:0; min-height:27px" id="wx120">
<li style="float:left; height:27px; line-height:25px; width:100%; margin:0; margin-top:.5em; margin-left:0; margin-right:0; padding:0; border:1px solid #CCF; background-color:#F0EEFF" title="Accedi alle voci di Wikipedia che parlano di Fisica" id="wx121"><a href="/wit/Immagine:Stub_Fisica.png" title="Fisica" wx:linktype="image" wx:pagename="Immagine:Stub_Fisica.png" wx:page_id="1387160" id="wx122"><img src="/wit/Immagine:Stub_Fisica.png" alt="Fisica" width="25" height="25" id="wx123"/></a> <b id="wx124"><a href="/wit/Portale:Fisica" class="new" title="Portale:Fisica" wx:linktype="unknown" wx:pagename="Portale:Fisica" id="wx125">Portale Fisica</a></b>
<p id="wx126">:  accedi alle voci di Wikipedia che parlano di Fisica</p>
</li>
</ul>
</div>

<wx:templateend start="wx_t3"/>
</wx:section></wx:section></div>
<div id="wx_categorylinks">
<a href="/wit/index.php?title=Speciale:Categories&amp;article=Sputtering" title="Speciale:Categories" wx:linktype="known" wx:pagename="Speciale:Categories" id="wx127">Categoria</a>: <span dir="ltr" id="wx128"><a href="/wit/Categoria:Fisica_della_materia_condensata" title="Categoria:Fisica della materia condensata" wx:linktype="known" wx:pagename="Categoria:Fisica_della_materia_condensata" wx:page_id="56424" id="wx129">Fisica della materia condensata</a></span></div>
<div id="wx_languagelinks">
Altre lingue: <a href="http://de.wikipedia.org/wiki/Sputtern" class="external" wx:linktype="interwiki" wx:pagename="de:Sputtern" id="wx130">Deutsch</a> | <a href="http://en.wikipedia.org/wiki/Sputtering" class="external" wx:linktype="interwiki" wx:pagename="en:Sputtering" id="wx131">English</a> | <a href="http://es.wikipedia.org/wiki/Pulverizaci%C3%B3n_cat%C3%B3dica" class="external" wx:linktype="interwiki" wx:pagename="es:Pulverización_catódica" id="wx132">Español</a> | <a href="http://fr.wikipedia.org/wiki/Pulv%C3%A9risation_cathodique" class="external" wx:linktype="interwiki" wx:pagename="fr:Pulvérisation_cathodique" id="wx133">Français</a> | <a href="http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B9%E3%83%91%E3%83%83%E3%82%BF%E3%83%AA%E3%83%B3%E3%82%B0" class="external" wx:linktype="interwiki" wx:pagename="ja:スパッタリング" id="wx134">日本語</a> | <a href="http://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%8A%A4%ED%8D%BC%ED%84%B0" class="external" wx:linktype="interwiki" wx:pagename="ko:스퍼터" id="wx135">한국어</a> | <a href="http://nl.wikipedia.org/wiki/Sputteren" class="external" wx:linktype="interwiki" wx:pagename="nl:Sputteren" id="wx136">Nederlands</a> | <a href="http://pt.wikipedia.org/wiki/Pulveriza%C3%A7%C3%A3o_cat%C3%B3dica" class="external" wx:linktype="interwiki" wx:pagename="pt:Pulverização_catódica" id="wx137">Português</a> | <a href="http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%BA%85%E5%B0%84" class="external" wx:linktype="interwiki" wx:pagename="zh:溅射" id="wx138">中文</a></div>
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<p id="wx139">SIMS</p>
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<p id="wx140">Fisica</p>
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