재료의 스퍼터링 수율은 각 이온의 충돌로 인해 표적 재료의 표면에서 방출되는 평균 원자 수를 나타냅니다. 이 수율은 이온 충돌의 각도와 에너지, 이온과 표적 원자의 무게, 표적 물질의 결합 에너지, 플라즈마 가스 압력 및 자기장 세기와 같은 작동 조건 등 여러 요인에 의해 영향을 받습니다.
스퍼터링 수율에 영향을 미치는 요인:
- 이온 충돌의 각도와 에너지: 이온이 타겟 표면에 충돌하는 각도와 충돌 시 전달되는 에너지는 스퍼터링 수율에 큰 영향을 미칩니다. 일반적으로 더 높은 에너지를 가진 이온과 더 수직인 각도로 충돌하는 이온은 타겟 표면에서 더 많은 원자를 방출하는 경향이 있습니다.
- 이온 및 타겟 원자의 무게: 이온과 표적 원자의 질량이 중요한 역할을 합니다. 이온 또는 표적 원자가 무거울수록 충돌 시 더 큰 운동량 전달로 인해 일반적으로 더 높은 스퍼터링 수율을 얻을 수 있습니다.
- 표적 물질의 결합 에너지: 표적 물질의 원자 간 결합 강도는 원자가 얼마나 쉽게 방출될 수 있는지에 영향을 미칩니다. 결합 에너지가 낮은 재료는 스퍼터링이 더 쉬우므로 수율이 더 높습니다.
- 작동 조건: 플라즈마 가스 압력 및 자기장의 존재(특히 마그네트론 스퍼터링의 경우)와 같은 요인은 타겟에 도달하는 이온의 밀도와 에너지를 조정하여 스퍼터링 수율에 영향을 줄 수 있습니다.
스퍼터링 수율 및 재료 증착:
스퍼터링 수율은 재료가 기판에 증착될 수 있는 속도, 즉 스퍼터링 속도에 직접적인 영향을 미칩니다. 이 속도는 다음 공식을 사용하여 계산됩니다:[ \text{스퍼터링 속도} = \frac{MSj}{pN_Ae} ]입니다.
여기서 ( M )은 타겟의 몰 중량, ( S )는 스퍼터 수율, ( j )는 이온 전류 밀도, ( p )는 재료 밀도, ( N_A )는 아보가드로 수, ( e )는 전자 전하입니다. 이 공식은 스퍼터링 수율을 최적화하면 박막 증착 공정의 효율을 어떻게 향상시킬 수 있는지 보여줍니다.
스퍼터링의 응용 분야와 한계:
