科学家解释溅射的颗粒对粗糙物体表面造成的影响

科学家解释溅射的颗粒对粗糙物体表面造成的影响

维也纳工业大学（TU Wien）的研究团队在溅射技术领域取得重要突破。他们开发了一种新的计算模型，能够准确描述复杂粗糙表面的溅射过程，为半导体制造、核聚变研究和天体物理学等领域提供了重要技术支持。

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  如果你想从金属表面去除一层油漆，可以使用喷砂机：无数的沙粒被喷到表面上，出来的是干净的金属。“溅射”只是在原子尺度上小得多。例如，用离子（即带电原子）照射表面，从而允许去除微观杂质。
  对于复杂、粗糙的表面，很难说在溅射过程中会去除多少材料。TU Wien的研究人员开发的计算模型现在可以以简单的方式表征表面粗糙度，从而即使对于更复杂的样品也能正确描述溅射过程。
  
  去除或沉积薄层
  “通过离子轰击对表面进行溅射是一种非常流行且用途广泛的技术，”维也纳工业大学应用物理研究所的 Friedrich Aumayr 教授说。一方面，它可用于非常精确地去除材料，例如在半导体技术中，以创建完美清洁的表面。然而，另一方面，它也可用于选择性蒸发任何材料，然后沉积在另一个表面上，例如在特殊工具上生产超反射镜片或硬质材料涂层。要在此过程中使用适量的材料，必须非常详细地了解溅射过程。
  这同样适用于核聚变研究：在为未来的聚变反应堆的内壁寻找极其耐用的材料时，必须能够计算出通过高能离子的持续轰击从反应堆室中去除了多少材料。这项研究的影响在天体物理学中也很重要，其中岩石表面，例如月球或水星上的岩石表面，受到太阳风带电粒子的轰击，从而被溅射过程侵蚀和改变。
  
  重要的是撞击角度
  “通过离子轰击从样品表面敲出的材料量取决于抛射能量之外的两个主要因素：离子撞击表面的角度以及表面的粗糙度，”作者 Christian Cupak 说。
  表面粗糙度会改变粒子的局部撞击角度，也有阴影效果：表面的某些区域根本没有被离子击中。此外，移除的材料可能会重新沉积在某些地方，就像碎片一样。这进一步降低了溅射的有效性。
  在维也纳检查了非常不同的粗糙表面样品。使用现代高分辨率显微镜方法，首先分析样品的粗糙度，然后用离子轰击它们，并将实验结果与模型计算进行比较。“最后，我们成功地确定了一个非常可靠地描述溅射过程的参数，” Christian Cupak说。这是平均表面倾角的量度。 粗糙表面上的各个凸出高度并不重要。只要各个表面块的角度分布在两种情况下相同，纳米级的粗糙度与毫米级的粗糙度具有非常相似的效果。
  TU Wien的研究团队现在将在聚变研究和天体物理学研究中使用新的表面表征方法。在工业应用中，新的建模方法可以提供更高的可靠性和精度。
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