Une machine de pulvérisation cathodique est généralement une petite chambre scellée où des particules énergétiques telles que des électrons bombardent un matériau source qui éjecte des atomes de la surface. Ces atomes rebondissent ensuite sur les parois de la chambre, recouvrant un objet échantillon à l’intérieur de la chambre. Les microscopes électroniques à balayage (SEM), qui s’appuient sur la conductivité électrique des échantillons pour visualiser les caractéristiques à l’échelle nanométrique, s’appuient souvent sur cette machine pour revêtir d’abord les échantillons biologiques d’une fine couche de platine pour la visualisation. D’autres utilisations de la technologie des machines de pulvérisation comprennent le revêtement de films minces dans le processus de dépôt pour l’industrie des semi-conducteurs et la gravure d’une couche de surface d’un matériau pour déterminer sa composition chimique.
Bien que les machines pour lesquelles une machine de pulvérisation prépare un échantillon puissent être très complexes et coûteuses, l’équipement de pulvérisation n’a pas à l’être. Ces machines peuvent être des dispositifs relativement simples fonctionnant selon des principes physiques établis, et manquent souvent de pièces mobiles ou de la nécessité d’une maintenance complexe. Leur taille va des petits appareils de table aux grands modèles de sol.
Le dépôt physique en phase vapeur est une méthode de routine utilisée dans la conception des machines de pulvérisation cathodique. Le matériau de dépôt est converti en vapeur dans une chambre de pulvérisation sous basse pression, généralement un vide partiel. La vapeur se condense sur le matériau du substrat dans la chambre pour former un film mince. Ce film ne peut être épais que de plusieurs couches d’atomes ou de molécules et s’épaissira en proportion directe de la durée du processus de pulvérisation. D’autres facteurs dans l’épaisseur du film mince incluent la masse de chaque matériau impliqué et le niveau d’énergie des particules de revêtement, qui peuvent être chargées de dizaines d’électrons-volts à des milliers.
Les atomes chargés appelés ions sont également utilisés par une machine de pulvérisation cathodique dans un processus connu sous le nom de pulvérisation cathodique potentielle. Le matériau de pulvérisation reçoit une charge ionique qu’il perd ensuite lorsqu’il heurte la surface cible. La gravure ionique réactive (RIE) est liée à ce processus, qui utilise des matériaux naturellement ioniques dans la recherche par spectrométrie de masse à ions secondaires (SIMS), pour analyser la présence d’oligo-éléments dans les matériaux. Le traitement statique SIMS pulvérisera à un taux si fin que seul un dixième d’une monocouche atomique sera retiré de la surface cible. C’est donc un autre outil utile dans la recherche en nanotechnologie, tout comme la machine de pulvérisation cathodique pour le SEM.
D’autres utilisations incluent le revêtement de verre plat, d’acryliques et d’autres plastiques, ainsi que de céramiques et de cristaux autres que le silicium. Ils peuvent également être utilisés comme une méthode très fine pour nettoyer et polir les composants délicats. Les bijoux et la vaisselle coûteux tels que les couverts en or peuvent également subir un dépôt par pulvérisation cathodique, tout comme les films spécialisés en or et en aluminium.