溅射

在物理学中，溅射是一种现象，在这种现象中，固体材料本身受到等离子体或气体的高能粒子轰击后，从其表面喷射出微小粒子。 它自然发生在外层空间，并且可能是精密部件中不受欢迎的磨损源。 然而，它可以作用于极其精细的材料层这一事实在科学和工业中得到了利用——在那里，它被用于执行精确蚀刻、执行分析技术以及在光学涂层制造中沉积薄膜层 、半导体器件和纳米技术产品。 它是一种物理气相沉积技术。

当高能离子与目标材料的原子碰撞时，它们之间会发生动量交换。

这些离子称为入射离子，在目标中引发碰撞级联。 这种级联可以采用多种路径； 一些反冲到目标表面。 如果碰撞级联到达目标表面，并且其剩余能量大于目标的表面结合能，则会弹出一个原子。 这个过程被称为溅射。 如果目标很薄（在原子尺度上），碰撞级联可以到达其背面； 据说以这种方式喷射的原子在传输中逃逸了表面结合能。

每个入射离子从靶中射出的平均原子数称为溅射产率。 溅射产量取决于几个因素：离子与材料表面碰撞的角度、它们撞击材料的能量、它们的质量、靶原子的质量以及靶的表面结合能。 如果目标具有晶体结构，则其轴相对于表面的方向是一个重要因素。

引起溅射的离子有多种来源——它们可以来自等离子体、特殊构造的离子源、粒子加速器、外层空间（例如太阳风）或放射性物质（例如α辐射）。

用于描述非晶平面靶级联状态溅射的模型是 Thompson 的分析模型。 在程序 TRIM 中实现了一种算法，该算法基于包括高能电子剥离的量子力学处理来模拟溅射。

物理溅射的另一种机制称为热尖峰溅射。 当固体足够致密并且进入的离子足够重时，就会发生这种情况，碰撞发生在彼此非常接近的地方。 在这种情况下，二元碰撞近似不再有效，碰撞过程应该理解为多体过程。 密集的碰撞会引起热尖峰（也称为热尖峰），这实际上会熔化一小部分晶体。 如果该部分足够靠近其表面，则由于液体流向表面和/或微爆炸，可能会喷射出大量原子。 热尖峰溅射对于能量在 keV–MeV 范围内的重离子（例如 Xe 或 Au 或簇离子）轰击具有低熔点的致密但软的金属（Ag、Au、Pb 等）最为重要。 热尖峰溅射通常随能量呈非线性增加，并且对于小团簇离子可以导致每团簇 10,000 数量级的显着溅射产率。

物理溅射具有明确定义的最小能量阈值，等于或大于从离子到目标原子的xxx能量转移等于表面原子的结合能时的离子能量。 也就是说，只有当离子能够将比原子从其表面脱离所需的能量更多的能量转移到目标中时，它才会发生。

这个阈值通常在十到一百 eV 的范围内。

当多组分固体靶被轰击并且没有固态扩散时，优先溅射可以在开始时发生。 如果能量转移到其中一个目标成分的效率更高，或者它与固体的结合强度较低，它将比另一个更有效地溅射。

如果在 AB 合金中优先溅射组分 A，则在长时间的轰击过程中，固体表面将富含 B 组分，从而增加 B 被溅射的可能性，从而溅射材料的成分最终会恢复到 AB。

术语电子溅射可以表示由高能电子引起的溅射（例如在透射电子显微镜中），或由非常高能量或高电荷重离子引起的溅射，这些重离子主要通过电子阻止功率向固体失去能量，其中 电子激发引起溅射。