Una macchina sputtering è solitamente una piccola camera sigillata in cui particelle energetiche come gli elettroni bombardano un materiale sorgente che espelle gli atomi dalla superficie. Questi atomi poi rimbalzano sulle pareti della camera, rivestendo un oggetto campione all’interno della camera. I microscopi elettronici a scansione (SEM), che si basano sulla conduttività elettrica dei campioni per visualizzare le caratteristiche su scala nanometrica, spesso si affidano a questa macchina per rivestire i campioni biologici con un sottile strato di platino per la visualizzazione. Altri usi per la tecnologia delle macchine sputtering includono il rivestimento di film sottili nel processo di deposizione per l’industria dei semiconduttori e l’incisione di uno strato superficiale lontano da un materiale per determinarne la composizione chimica.
Sebbene le macchine per le quali una macchina di sputtering prepara un campione possano essere molto complesse e costose, le apparecchiature di sputtering non devono esserlo. Queste macchine possono essere dispositivi relativamente semplici che operano su principi fisici stabiliti e spesso mancano di parti in movimento o richiedono una manutenzione complessa. Le dimensioni variano da piccoli dispositivi da tavolo a modelli da pavimento di grandi dimensioni.
La deposizione fisica da vapore è un metodo di routine utilizzato nella progettazione di macchine sputtering. Il materiale di deposizione viene convertito in vapore in una camera di polverizzazione a bassa pressione, solitamente un vuoto parziale. Il vapore si condensa sul materiale del substrato nella camera per formare una pellicola sottile. Questo film può essere spesso solo diversi strati di atomi o molecole e si addenserà in proporzione diretta alla durata del processo di sputtering. Altri fattori nello spessore del film sottile includono la massa di ciascun materiale coinvolto e il livello di energia delle particelle di rivestimento, che possono essere caricate da decine di elettronvolt fino a migliaia.
Gli atomi carichi noti come ioni vengono utilizzati anche da una macchina sputtering in un processo noto come potenziale sputtering. Al materiale dello sputtering viene data una carica ionica che poi perde quando urta con la superficie del bersaglio. Correlato a questo processo è l’incisione ionica reattiva (RIE), che utilizza materiali naturalmente ionici nella ricerca sulla spettrometria di massa di ioni secondari (SIMS), per analizzare la presenza di oligoelementi nei materiali. L’elaborazione del SIMS statico creerà a una velocità così fine che solo un decimo di un monostrato atomico verrà rimosso dalla superficie del bersaglio. È, quindi, un altro strumento utile nella ricerca sulle nanotecnologie come lo sputtering machine per il SEM.
Altri usi includono il rivestimento di vetro piano, acrilici e altre plastiche, nonché ceramiche e cristalli diversi dal silicio. Possono anche essere usati come un metodo molto fine per pulire e lucidare componenti delicati. Anche gioielli e stoviglie costosi come le posate d’oro possono subire una deposizione di sputtering, così come le pellicole specializzate in oro e alluminio.