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스퍼터링 연구와 기술의 50년 역사 재조명

전문가 제언: ○ 1956년 Wehner는 스퍼터링의 발생원리가 이온 충돌에 의한 것으로 결론을 내렸다. 1969년 P. Sigmund 스퍼터링 현상에 대해서 많은 모델과 실험결과를 기초로 정상선형 캐스케이드 이론(linear steady collision cascade theory)을 완성시켜 오늘날의 스퍼터 이론의 기초를 확립하였다. 현재 이온이 고체에 충돌해서 발생하는 스퍼터팅 계산은 주로 몬테카를로 시뮬레이션 방식을 사용하고 있다.

○ 스퍼터링 현상에 대한 이슈는 크게 2가지가 있다. 첫째 분자이온에 의한 비선형효과로서 질량분석기로 측정하나 스퍼터링된 입자 중에 어느 정도가 분자 혹은 클러스터(clusters) 상태인지 분명하지 않다. 이러한 분자상태가 타깃 표면에서 방출 혹은 타깃 표면 상부에서 재결합에 대한 규명이 필요하다. 둘째 전자 스퍼터링 발생에 대한 쿨롱 에너지에 의한 역학적 힘과 전자-포논 상호작용이 기인하는 효과 규명이 필요하다.

○ 국내에서는 대부분 외국에서 수입되는 분석기, 측정기 등에 장착된 수십keV 이하의 이온 소스와 실험 장치로 표면 클리닝, depth profile 등의 관련 스퍼터링 현상을 연구하는 정도로 산학연의 체계적인 연구가 부족한 실정이다. 이온을 가속하는 가속기는 이온소스, 빔 통과라인, 빔 조정 마그넷, 진공기술 측정기술 등 초기 투자비용이 높으나 국가적인 전략적 차원에서 가속이온 실험을 위한 가속기 제작이 필요하다.

○ 고속이온의 스퍼터링에 대한 연구는 표면 클리닝, depth profile, 박막제작 등에 사용되며 반도체 이온주입, 신소재 개발, 핵융합플라즈마 등에 응용될 수 있다. 세계적으로 스퍼터링 입자가 발생되는 고속이온의 발생 가속기는 현재 약 20,000대 이상으로 재료분석, 신소재, 생명과학, 암 치료, 원천기술개발 등에 활용된다. 신소재, 신기술 등 신산업 발굴에 활용도가 높은 0.1~100MeV 가속기를 제작해서 스퍼터링을 포함한 다양한 연구개발이 필요하다.

저자: Peter Sigmund
자료유형: 학술정보