스퍼터링된 박막의 응력은 주로 증착 공정 파라미터, 재료 특성, 박막과 기판 간의 상호 작용 등 여러 요인에 의해 영향을 받습니다. 박막의 응력은 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다:
σ = E x α x (T - T0)
여기서
- σ는 박막의 응력입니다.
- E는 박막 재료의 영 계수로, 재료의 강성을 측정합니다.
- α는 박막 소재의 열팽창 계수로, 온도 변화에 따라 소재가 얼마나 팽창하거나 수축하는지를 나타냅니다.
- T는 증착 중 기판 온도입니다.
- T0은 기판 재료의 열팽창 계수입니다.
이 공식은 박막의 응력이 영 계수와 필름과 기판 사이의 열팽창 차이의 곱에 정비례하며, 증착 중 온도 차이에 따라 스케일링된다는 것을 보여줍니다. 이는 영스 계수가 높거나 열팽창 계수의 차이가 큰 재료는 더 높은 응력을 경험한다는 것을 나타냅니다.
증착 공정 자체도 박막의 응력 수준을 결정하는 데 중요한 역할을 합니다. 플라즈마 보조 공정인 스퍼터링은 중성 원자뿐만 아니라 하전된 종도 성장하는 필름의 표면에 부딪히게 됩니다. 이온 플럭스와 원자 플럭스의 비율(Ji/Ja)은 필름의 미세 구조와 형태에 큰 영향을 미치며, 이는 다시 잔류 응력에 영향을 미칩니다. 높은 이온 충격을 받으면 필름에 추가 에너지가 전달되어 응력이 증가할 수 있습니다.
또한 전력 및 압력과 같은 매개변수에 의해 제어되는 증착 속도는 필름의 균일성과 두께에 영향을 미치며, 이는 응력에 영향을 줄 수 있습니다. 증착 속도가 빠르면 필름이 빠르게 쌓이고 기판과의 격자 불일치 가능성으로 인해 응력이 높아질 수 있습니다.
원치 않는 기체 포함이나 불규칙한 입자 성장과 같은 필름 결함도 스트레스의 원인이 될 수 있습니다. 이러한 결함은 제대로 관리하지 않으면 균열이나 박리로 이어질 수 있는 국부적인 응력 지점을 생성할 수 있습니다.
요약하면, 스퍼터링된 박막의 응력은 재료 특성, 증착 공정 파라미터, 박막과 기판 간의 상호 작용이 복합적으로 작용하여 발생합니다. 신중한 증착 설정 및 증착 후 처리를 통해 이러한 요소를 관리하는 것은 응력을 제어하고 박막의 무결성과 성능을 보장하는 데 매우 중요합니다.
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