Calculation of Sputter Yield using Monte Carlo Techniques

몬테카를로 방식에 의한 스퍼터율 계산에 관한 연구

In this paper, a rigorous three-dimensional Monte Carlo approach to simulate the sputter yield as a function of the incident ion energy and the incident angle as well as the atomic ejection distribution of the target is presented. The sputter yield of the target atom (Cu, Al) has been calculated for the different species of the incident atoms with the incident energy range of 10 eV ~ 100 KeV, which coincides with the previously reported experimental results. According to the simulation results, the calculated sputter yield tends to increase with the amount of the energy of the incident atoms. Our simulation revealed that the maximum sputter yield can be obtained for the incident atom with 10 KeV for the heavy ion, while the maximum sputter yield for the light ion is for the incident atoms with an energy less than 1 KeV. The sputter yield increases with angle of incidence and seems to have the maximum value at 68$^{\circ}$. For angular distributions of the sputtered particle, the atoms in the direction normal to the surface increase with angle of incidence. Furthermore, we has conducted the parallel computation on CRAY T3E supercomputer and built a GUI(Graphic User Interface) system running the sputter simulator.

본 논문에서는 몬테카를로 방식을 사용하여 이온의 에너지에 대한 타겟 원자의 스퍼터율(Sputter Yield), 이온의 주입 각도에 대한 스퍼터율, 이온의 주입에 따른 타겟 원자의 발산 분포를 3차원으로 시뮬레이션 하였다. 중(중)이온으로 (Ar/sup +/)을 사용하였고, 경(輕)이온으로 (H/sup +/)을 사용하여 10 eV에서 100 KeV 영역의 에너지에 따른 스퍼터율을 계산하였다. 또한, 스퍼터 타겟 물질로서 Cu, Al을 사용하여 계산하였고, 실험치와 일치함을 확인하였다. 스퍼터율은 입사 이온의 에너지가 증가함에 따라 증가하는 경향을 보이지만, 임계점 이후에는 점차적으로 감소하는 경향을 보였다. 중이온에 의한 스퍼터에서는 임계점이 10 KeV 영역이었고, 경이온에 의한 스퍼터에서는 1 KeV 이하 영역이었다. 또한, 이온의 주입 각도에 따라서 타겟의 스퍼터율은 점차적으로 증가하였고, 68° 부근에서 최대 스퍼터율을 기록하였다. 이온의 주입 각도에 따른 타겟 원자의 분포도에서는 각도가 커짐에 따라서 타겟 표면 법선 방향으로 방출되는 원자의 수가 많아짐을 확인하였다. 본 연구에서는, CRAY T3E 슈퍼컴퓨터에서 시뮬레이션을 수행하였으며, 구현된 몬테카를로 스퍼터 시뮬레이터의 GUI(Graphic User Interface) 환경을 구축하였다.