박막 증착 기술 개요 및 순서
박막 형성에 사용되는 대부분의 증착 기술은 본질적으로 비평형이기 때문에 박막은 벌크 재료에 비해 뚜렷한 이점 이 있습니다. 증착 기술은 다용도 및 다중 역학 재료에 대한 산업계의 계속 증가하는 수요를 충족하기 위해 박막 신소재 생성을 위한 필수 핵심으로 간주됩니다. 증착 기술은 박막의 거의 모든 속성을 결정하며 기존 속성을 수정하는 데 사용할 수도 있습니다. 모든 증착 기술이 미세 구조, 표면 형태, 마찰, 전기, 생체 적합성, 광학, 부식 및 경도와 같은 동일한 특성을 나타내는 것은 아니므로 적용 영역에 따라 증착 기술을 적절히 고려해야 합니다. 단일 재료를 다양한 용도에 사용할 수 있으며 다양한 증착 기술을 사용하여 최적의 요구 사항을 충족하도록 특성에 맞출 수 있습니다. 서로 다른 기술의 조합을 사용하여 각각이 박막의 결과에 기여하는 하이브리드 증착 프로세스를 형성할 수도 있습니다. 3. 물리기상 증착(PVD) 공정 물리적 기상 증착(PVD)은 부분 진공 상태에서 고체 물질의 표면 상단에 기화된 고체 물질의 응축이 필요한 박막 증착 공정을 정량화하는 데 사용되는 총칭입니다. PVD는 원자 또는 분자의 물리적 방전과 진공 또는 저압 기체 또는 플라즈마 환경을 통해 기판에 이러한 원자의 응축 및 핵 생성이 있는 원자 증착 공정입니다. 플라즈마 또는 이온은 일반적으로 증기 상의 구성 요소입니다. 때때로 반응성 가스는 증착 과정에서 증기에 도입될 수 있으며 이것을 반응성 증착이라고 합니다. 원자 또는 분자는 진공 또는 저압 기체 또는 플라즈마 환경을 통해 증기 형태로 전달되어 응축이 발생합니다. 일반적으로 PVD 공정은 수 나노미터에서 수천 나노미터 범위의 두께로 박막을 증착하는 데 사용됩니다. 모든 PVD 프로세스는 모두 준수한 세 가지 기본 단계에 기인할 수 있습니다. 기상 종의 생성. 이것은 증발, 스퍼터링 또는 이온 충격에 의해 증착될 물질을 고체 상태에서 증기상으로 전환하는 것을 필요로 합니다. 소스에서 인쇄물로의 이동 또는 운송. 대상에서 방출된 원자 또는 분자는 분자 흐름 조건 및 열 산란 과정을 통해 전달됩니다. 또한, 증기 상태의 금속 증기 또는 가스 종의 분압이 이들 종의 일부가 이온화될 만큼 충분히 높으면 기판으로 이동하는 동안 증기상에서 많은 충돌이 있을 것입니다. 표면의 필름 성장. 수송된 원자나 분자는 기질 주위에서 핵 생성을 시작하고 여러 과정을 거쳐 성장합니다. 막의 초기 성장은 기질과 원자 또는 분자 사이의 계면 형성 유형을 결정합니다. 박막의 조성과 미세구조는 증기상으로부터의 이온에 의한 성장 막의 충격에 의해 변경될 수 있으며, 그 결과 박막 원자의 스퍼터링, 재응축 및 핵형성 및 표면 주위의 원자의 표면 이동이 향상됩니다. 증발 과정에서 열 효과로 인해 소스에서 원자가 방출되는 반면 이온 도금 과정에서는 성장하는 필름이 동시 이온 충격에 노출됩니다. 스퍼터링 중에 원자는 기체 이온의 충격에 의해 고체 타겟 표면에서 방출된 다음 기판 표면에 증착됩니다. 열(또는 진공) 증발 열(또는 진공) 증발은 고체 물질의 표면에 박막을 형성하고 성장시키는 데 사용되는 오래된 증착 공정입니다. 이 공정은 현대 환경에서 여전히 유용하며 박막 증착을 위한 실험실 및 산업 분야에서 광범위하게 적용할 수 있습니다. 열 또는 진공 증발에 대한 기본 순차적 단계는 다음과 같습니다. 표적 물질을 승화 또는 끓임에 의해 매우 높은 온도로 가열하여 증기를 발생시키며, 대상물에서 분출된 증기는 진공을 통해 기판으로 이송되고, 증기의 응축은 기판 표면에 고체 박막을 형성하기 위해 발생하며 증착 사이클의 추가 반복성은 박막 성장 및 핵 생성을 초래합니다. 열 증착 공정 중에 열 공정 소스에서 기화된 타겟 재료는 최소한의 간섭으로 기판 재료에 도달합니다. 공정은 종종 고진공 압력(HV)에서 수행되며 대상 물질이 기판으로 이동하는 궤적은 가시선이라고 하는 직선 경로 궤적. 증기 플럭스는 소스 재료의 표면을 진공에서 충분히 높은 온도로 가열하여 생성됩니다. 그런 다음 플럭스는 기판 재료의 표면에 응축되어 박막을 형성할 수 있습니다. 진공 환경은 증착 공정에서 가스 오염 물질을 허용 가능한 최소 수준으로 줄이기 위한 안전 영역을 생성하고 증발된 원자가 소스에서 기판으로 본질적으로 충돌 없는 수송을 겪을 수 있도록 합니다. 가스 압력 범위는 일반적으로 증착 시스템의 오염 정도에 따라 0.0013 Pa에서 1.3 × 10 -9 Pa 사이이며 평균 자유 경로(MFP, 종 사이에서 발생하는 충돌 사이의 평균 거리)는 5mm 이상입니다. 열 기화율은 다른 PVD 공정에 비해 매우 높을 수 있습니다. 텅스텐 와이어 코일은 일반적으로 열 열원으로 사용되거나 타겟 재료를 상승된 온도로 가열하기 위해 고에너지 전자빔을 사용하여 사용됩니다. 스퍼터링 스퍼터링은 PVD 공정 중에서 중요하고 두드러진 절차입니다. 적절한 고에너지 이온 충격에 의한 원자 충돌 캐스케이드로 인해 개별 원자가 대상 표면에서 탈출하는 비열 기화 과정입니다. 증발과 달리 소스는 더 이상 열에 의해 생성되지 않고 타겟에 대한 이온 충격에 의해 생성됩니다. 또한 타겟에서 기판까지의 거리가 더 짧고 많은 경우에 향상된 접착력과 더 두꺼운 필름과 같은 더 많은 기능과 성능으로 다른 PVD 공정보다 성능이 뛰어납니다. 스퍼터링 과정에서 원자는 일반적으로 플라즈마에서 가속되는 기체 이온의 원자 크기 에너지 충격 입자로부터 지속 가능한 운동량의 전달에 의해 타겟 물질의 표면에서 제거됩니다. 스퍼터링 증착은 저압 플라즈마에서 진공에서 달성될 수 있습니다. 스퍼터링 된 입자가 시야에 있는 67Pa 및 0.67~4Pa의 더 높은 플라즈마 압력에서도 수행될 수 있습니다. 여기서 스퍼터링 대상에서 스퍼터링 되거나 반사된 에너지 입자는 기판 표면에 도달하기 전에 기상 충돌에 의해 열화 됩니다. 스퍼터링은 전극 표면에서 원자를 방출할 가능성이 있기 때문에 고체 물질의 표면을 청소하고 패턴 묘사를 위한 에칭제로도 사용됩니다. 이온 도금 이 기술은 증착막의 특성을 수정하고 조절하기 위해 원자 크기의 에너지 입자에 의한 막을 증착하기 위해 불활성 가스 방전 시스템에서 연속적 또는 간헐적 충격을 사용합니다. 플라즈마는 중공 음극 방전 소스에서 생성됩니다. 기판 재료는 박막 성장 전과 동안 기판 표면에 실질적인 스퍼터링을 유발하기에 적절한 고에너지 플럭스 이온에 의해 충격을 받습니다. 증착 물질은 증발, 스퍼터링, 아크 침식 또는 화학 증기 전구체의 분해와 같은 다른 물리적 기상 증착 기술에 의해 기화될 수 있지만 증발된 원자는 기화된 원자의 일부를 일으키는 기판으로 가는 도중에 기체 글로우 방전을 통과합니다. 필름 성장 중 이온 충격은 밀도가 벌크 재료에 가까운 밀도로 더 조밀한 필름을 생성하는 데 도움이 되므로 복합 재료에 단단한 박막을 증착하는 데 적합합니다. 이온 플레이팅 공정을 위한 가스 압력은 1 ~ 0.1 Pa 범위입니다. 이 압력은 글로우 방전을 유지하기에 충분할 뿐만 아니라 수많은 충돌을 통해 증기 입자를 모든 방향으로 분산시켜 필름 성장 동안 기판의 전체 코팅을 개선합니다. 반응성 가스를 추가하여 복합 표면 코팅을 형성할 수 있으며 이 공정을 반응성 이온 도금이라고 합니다. 아크 증착은 고전류, 저전압의 전기 아크를 이용하여 음극(cathodic arc) 또는 양극(anodic arc)을 기화시키고 기화된 물질을 기판에 증착시키는 증착공정이다. 기판은 일반적으로 필름 이온을 표면으로 빠르게 추적하기 위해 바이어스 되며 또한 기화된 물질은 고도로 이온화됩니다. 플럭스는 대상의 표면을 가로질러 이동하는 호를 생성하여 생성됩니다. 아크 스트라이크는 타겟 재료에서 원자를 방출하고 박막 코팅으로 기판에 응축됩니다. 금속 원자의 상당 부분이 이온화되어 진공 또는 열 증발과 구별됩니다. 이온화된 원자의 이 상당한 비율은 두꺼운 코팅의 형성에 신뢰할 수 있게 하며 단단한 장식용 표면 코팅 작업에 사용할 수 있습니다.
