반응성 스퍼터링의 메커니즘은 금속 타겟에서 스퍼터링된 원자와 기판의 방전 가스에서 확산된 반응성 가스 분자 사이의 화학 반응을 포함합니다. 이 반응은 기판의 코팅 재료 역할을 하는 화합물 박막을 생성합니다.
반응성 스퍼터링 동안 산소 또는 질소와 같은 비활성 기체가 실리콘과 같은 원소 타겟 물질과 함께 스퍼터링 챔버에 도입됩니다. 타겟의 금속 분자가 기판 표면에 도달하면 반응성 가스 분자와 반응하여 새로운 화합물을 형성합니다. 그런 다음 이 화합물은 기판에 박막으로 증착됩니다.
이 공정에 사용되는 질소 또는 산소와 같은 반응성 가스는 기판 표면의 금속 분자와 화학적으로 반응하여 하드 코팅을 형성합니다. 반응성 스퍼터링 공정은 기존 스퍼터링과 화학 기상 증착(CVD)의 원리를 결합한 것입니다. 이 공정은 필름 성장을 위해 다량의 반응성 가스를 사용하고 여분의 가스는 펌핑하여 배출합니다. 금속의 스퍼터링은 더 느리게 스퍼터링되는 화합물에 비해 더 빠릅니다.
스퍼터링 챔버에 산소 또는 질소와 같은 반응성 가스를 도입하면 각각 산화물 또는 질화물 필름을 생산할 수 있습니다. 불활성 가스와 반응성 가스의 상대 압력을 조정하여 필름의 구성을 제어할 수 있습니다. 필름의 화학량론은 SiNx의 응력 및 SiOx의 굴절률과 같은 기능적 특성을 최적화하는 데 중요한 파라미터입니다.
반응성 스퍼터링은 원하는 증착을 달성하기 위해 작동(또는 불활성) 및 반응성 기체의 분압과 같은 파라미터를 적절히 제어해야 합니다. 이 공정은 히스테리시스와 같은 거동을 보이기 때문에 효율적인 필름 증착을 위한 이상적인 작업 지점을 찾아야 합니다. 반응성 가스가 스퍼터링 공정에 미치는 영향을 추정하기 위해 버그 모델과 같은 모델이 제안되었습니다.
요약하면, 반응성 스퍼터링은 스퍼터링된 원자와 반응성 가스 사이에 화학 반응이 일어나 기판에 화합물 박막을 증착하는 플라즈마 스퍼터링 공정의 변형된 방식입니다. 불활성 기체와 반응성 기체의 상대 압력을 조절하여 박막의 조성을 제어할 수 있습니다.
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