스퍼터링은 에너지 입자의 충격으로 인해 원자가 재료 표면에서 방출되는 공정입니다. 이 공정의 에너지 범위는 일반적으로 약 10~100전자볼트(eV)의 임계값에서 시작하여 수백 eV까지 확장될 수 있습니다. 평균 에너지는 표면 결합 에너지보다 훨씬 높은 경우가 많습니다.
스퍼터링의 에너지 범위는 무엇인가요? (5가지 핵심 사항 설명)
1. 스퍼터링의 임계 에너지
스퍼터링은 이온이 표면의 결합 에너지를 극복하기에 충분한 에너지를 표적 원자에 전달할 때 발생합니다. 이 임계값은 일반적으로 10~100eV 사이입니다. 이 범위 이하에서는 에너지 전달이 불충분하여 표적 물질에서 원자를 방출할 수 없습니다.
2. 스퍼터링된 원자의 에너지
스퍼터링된 원자의 운동 에너지는 매우 다양하지만 일반적으로 수십 전자볼트 이상, 보통 600eV 정도입니다. 이렇게 높은 에너지는 이온과 원자가 충돌하는 동안 운동량 교환이 일어나기 때문입니다. 표면에 부딪힌 이온의 약 1%가 재스퍼터링을 일으켜 원자가 기판으로 다시 방출됩니다.
3. 스퍼터 수율 및 에너지 의존성
입사 이온당 방출되는 평균 원자 수인 스퍼터 수율은 이온 입사 각도, 이온 에너지, 원자 무게, 결합 에너지, 플라즈마 조건 등 여러 요인에 따라 달라집니다. 스퍼터링된 원자의 에너지 분포는 표면 결합 에너지의 약 절반에서 정점을 이루지만 평균 에너지는 종종 임계값을 훨씬 초과하는 높은 에너지로 확장됩니다.
4. 스퍼터링의 유형 및 에너지 레벨
- DC 다이오드 스퍼터링: 500-1000V의 DC 전압을 사용하며, 아르곤 이온이 이 범위 내의 에너지로 표적 원자에 에너지를 전달합니다.
- 이온 빔 스퍼터링: 평균 스퍼터링 에너지가 10eV로 열 에너지보다 훨씬 높고 진공 증발에 일반적으로 사용되는 더 높은 에너지를 사용합니다.
- 전자 스퍼터링: 매우 높은 에너지 또는 전하가 높은 중이온을 포함할 수 있어 특히 절연체에서 높은 스퍼터링 수율을 얻을 수 있습니다.
5. 응용 분야 및 에너지 요구 사항
스퍼터링은 박막 증착을 비롯한 다양한 응용 분야에서 사용되며, 스퍼터링된 원자의 높은 운동 에너지가 고품질의 잘 밀착된 필름 형성에 도움이 됩니다. 이 공정에는 일반적으로 열 에너지보다 훨씬 높은 운동 에너지가 필요하며, 보통 3~5kV의 DC 전압 또는 약 14MHz의 RF 주파수를 사용하여 달성합니다.
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