마그네트론 스퍼터링의 한계로는 기판 가열 증가, 이온 충격으로 인한 구조 결함 증가, 특정 응용 분야에 대한 시간 소모적인 최적화, 제한된 타겟 활용, 플라즈마 불안정성, 강한 자성 재료에 대한 저온에서 고속 스퍼터링을 달성하는 데 따르는 어려움 등을 들 수 있습니다.
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더 높은 기판 가열 및 구조 결함 증가: 불균형 마그네트론 스퍼터링은 이온화 효율 증가와 증착 속도 향상이라는 이점을 제공하지만, 기판 온도(최대 250̊C)가 높아지고 구조 결함이 증가할 수 있습니다. 이는 주로 기판에 대한 이온 충격이 강화되기 때문입니다. 이온의 에너지가 증가하면 기판이 손상되어 증착된 필름의 무결성과 성능에 영향을 미칠 수 있습니다.
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시간이 오래 걸리는 최적화: 마그네트론 스퍼터링 공정에는 마그네트론 유형(밸런스 또는 언밸런스)에 따라 달라질 수 있는 수많은 제어 파라미터가 포함됩니다. 특정 애플리케이션에 원하는 필름 특성을 얻기 위해 이러한 파라미터를 최적화하는 것은 복잡하고 시간이 많이 소요되는 공정일 수 있습니다. 이러한 복잡성은 증착 속도, 필름 품질 및 기판 조건과 같은 다양한 요소의 균형을 맞춰야 하기 때문에 발생합니다.
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제한된 대상 활용도: 마그네트론 스퍼터링에 사용되는 링 자기장은 이차 전자를 타겟 주변의 원형 궤적에 한정하여 이 영역에서 높은 플라즈마 밀도를 유도합니다. 그 결과 타겟에 가장 심한 이온 충격이 발생하는 고리 모양의 홈이 생깁니다. 이 홈이 표적을 관통하면 표적 전체를 사용할 수 없게 되어 일반적으로 40% 미만인 표적의 가동률이 크게 감소합니다.
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플라즈마 불안정성: 마그네트론 스퍼터링 공정은 증착된 필름의 균일성과 품질에 영향을 미치는 플라즈마 불안정성으로 인해 어려움을 겪을 수 있습니다. 이러한 불안정성은 방전 전류의 변동, 자기장의 변화, 가스 압력 또는 구성의 변화 등 다양한 요인으로 인해 발생할 수 있습니다.
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강력한 자성 재료의 도전 과제: 자성이 강한 재료의 경우 저온에서 고속 스퍼터링을 달성하는 것이 쉽지 않습니다. 이는 타겟의 자속이 외부 자기장에 의해 쉽게 증가되지 않기 때문입니다. 그 결과 스퍼터링 공정의 효율이 제한되고 공정 온도를 높이지 않고는 높은 증착률을 달성하기 어려워집니다.
이러한 한계는 이러한 문제를 해결하고 증착 공정의 다양성과 성능을 개선하기 위해 마그네트론 스퍼터링 기술에 대한 지속적인 연구 개발의 필요성을 강조합니다.
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