표면개질공학 sputtering 원리와 특징, 현상과 응용

소개

목적물 표면에 막의 형태로 부착하는 기술 세라믹이나 반도체 소재 등에 전자 회로를 만들기 위해 고진공 상태에서 고체를 증발시켜 박막 thin film 이나 후막 thick film 을 형성하는 경우에 사용되는 sputtering 원리, 특징 등

목차

(1) 원리

(2) Sputtering 현상

(3) Glow discharge

(4) Sputtering의 특징
① momentum transfer process(운동량 이동 현상)
② universality(보편성)

(5) Sputtering Yield

(6) Sputtering techniques
① Diode sputtering
② RF sputtering
③ Triode sputtering
④ Magnetron sputtering
⑤ Unbalanced magnetron sputtering
⑥ Reactive Sputtering

(7) sputtered hard coatings의 응용
① Hard coating on cutting tools
② Sputtered decorative coatings

(8) 앞으로의 전망

본문내용

→ 목적물 표면에 막의 형태로 부착하는 기술 세라믹이나 반도체 소재 등에 전자 회로를 만들기 위해 고진공 상태에서 고체를 증발시켜 박막 thin film 이나 후막 thick film 을 형성하는 경우에 사용 된다.

(1) 원리
Sputtering은 chamber 내에 공급되는 gas cathode에서 발생되는 전자 사이의 충돌로부터 시작된다. 그 과정을 보면, 진공 chamber 내에 Ar과 같은 불활성 기체를 넣고(약 2~15m Torr 정도), cathode에 (-) 전압을 가하면 cathode로부터 방출된 전자들이 Ar 기체원자와 충돌하여 Ar을 이온화 시킨다.

Ar + e-(primary) = Ar + e-(primary) + e-(secondary)

Ar이 excite되면서 전자를 방출하면, 에너지가 방출되며 이때 glow discharge가 발생하여 이온과 전자가 공존하는 보라색의 plasma를 보인다. Plasma 내의 Ar+이온은 큰 전위차에 의해 cathode(target)쪽으로 가속되어 target의 표면과 충돌하면 중성의 target 원자들이 튀어나와 기판에 박막을 형성한다.

(2) Sputtering 현상
Glow discharge를 이용하여 ion을 형성하고 이를 전장으로 가속하여 고체 표면에 충돌시킨다. 이때 고체 내부의 원자와 분자들은 운동량 교환을 통해 표면 밖으로 튀어나오게 된다. 이러한 sputtering은 단순한 한 번의 충돌로는 발생하지 않으며 보통 여러 번의 충돌이 일어나는 결과로 발생하게 된다. 이러한 모습은 <그림 1>에서 볼 수 있다.

(3) Glow discharge
기체의 압력이 100～103 Pa 정도의 진공내의 두 개의 전극 간에 고전압을 걸어주었을 때, 양전극에 생기는 방전현상이다. glow discharge 중의 기체입자의 이온은 10-5～10-3정도의 분율로 존재한다. 또한 전자와 기체분자와의 비탄성 충돌에 의해 여기상태에 있는 중성 원자도 존재한다.

참고자료

· 없음