thermal evaporation법을 이용한 박막의 제조

소개글

thermal evaporation법을 이용한 박막의 제조에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1 목적

2 이론

2-1.박막제작방법

2-2. 물리적 증착법 (PVD, Physical Vapor Deposition)

2-3.진공 증착법(Vacuum Evaporation)

2-4. 피복층 조직

2-5. 진공 증착법의 특징

2-6. 적용 범위 및 응용

3.실험장치 및 시약

4. 실험방법

4. 분석

5. 결과 및 토의

본문내용

(2) 피복 중 처리물의 온도, (3) 피복율, (4) 피복 두께, (5) 증기상의 입사각, (6) 사용가스의 종류 및 압력 등에 의해 결정된다.
이들 많은 변수 중 Movchan-Demchishin은 순수한 금속이나 단일상 합금 피복시 피처리물의 온도에 따른 코팅조직 모델을 그림4처럼 제안하였다. 또한 고융점 복합물이나 합금에 대하여 불활성 및 반응성 가스의 분압을 고려하여 Thornton 은 Movchan-Demchishin 모델을 개선하여 그림5와 같은 모델을 제안하였는데, 이 모델은 이온 스퍼터링이나 이온 도금의 코팅층 조직에도 잘 적용된다.
그림3. Movchan-Demchishin 모델 그림4. Thornton 모델
그림3과 그림4에서 보이는 바처럼, 저온도에서는 코팅되는 원자의 표면이동이 어려워 한정된 핵에 의한 길다란 결정이 성장하여 긴 기공이 생긴 저밀도 조직인 Zone 1조직이 형성된다. 피처리물 온도가 높아지면 원자 이동도가 증가하여 Zone T라는 보다 조밀한 섬유상 결정이 형성되며, 나중에는 극히 밀도가 높은 주상정 조직인 Zone 2조직이 형성되며, 피처리물 온도가 거의 융점에 가까워지면 등방성 조직인 Zone 3조직이 형성된다. 이들 각 조직은 각기 다른 재료성질을 지니어 요구하는 재료성질에 따라 피복층 조직을 선택하여 작업조건을 조절하여 피복층을 형성한다.
2-5. 진공 증착법의 특징
가. 이온 스커터링에 비하여 표적재료의 증발율이 높기 때문에 빠른 피복율을(18～834㎚/min)을 가진다.
나. 피복입자의 에너지(0.1～0.3 eV)가 낮아 피복층의 접착성이 나쁘다.
다. 증발원이 근본적으로 한 점원으로 넓은 면적에 균일한 피복을 하기 위해선 피처리물을 복잡한 방식으 로 이동시켜야 한다.
라. 고진공에서 행하므로 순도가 높은 피복층이 형성된다.
마. 합금이나 복합물 피복시 작업조절이 어렵다.
바. 복잡한 형상의 재료는 코팅하기가 어렵다.
사. 공해문제가 전혀 없다.
2-6. 적용 범위 및 응용
진공 증착법은 다른 진공 코팅방법에 비하여 피복율이 크나 피처리물을 높은 온도로 가열하는 경우가 대부분이어서 피처리물의 열처리 효과가 예상되어 적용에 제한을 받는다. 그리고 코팅층과 피처리물과의 접착성이 다소 떨어지는 단점이 있다.
주로 응용되는 분야로는 피처리물이 기능을 변화시켜주는 코팅으로 반사도를 증가시키는 광학용 재료제작, 전자부품의 반도체 코팅, 항공기나 미사일 부품의 고온에서의 내산화성 증가, 가스 터어빈 및 블레이드의 내산화성 증가 등에 이용되며, 자동차, 가정용품, 보석류의 미장코팅으로 사용된다.
SiO코팅은 내마모성 개선 목적으로 이용되나 공구강의 경우는 고온도 처리과정으로 피처리물의 재질이 변할 우려가 있어 이용을 피하고 있다.
3.실험장치 및 시약
Convection Oven, Thermal Evaporator, Glass Substrate, Beaker, Crucible, Shadow Mask, Acetone, Methanol, DI Water, N2 Gas, 알루미늄
4. 실험방법
4.1 기판 세정
1) 준비된 glass를Acetone, Methanol, DI Water 순으로 각각 거즈를 이용하여 세척을 한다.
3) 세척 후 N2 기체로 blow drying 한다.
4) 잔류 유기물과 수분을 제거하기 위해서 Convection Oven에서 10분간 건조시킨다.
4.2 막증착
1)세정된 기판 위에 shadow mask를 씌우고, crucible에 알루미늄을 넣는다.
2)Thermal evaporator chamber 안에 (1)에서 준비된 기판과 시료를 넣는다.
3) RP(rotary pump)와 DP(diffusion pump)을 사용하여 chamber 내의 진공도를 10-5～10-6 torr로 유지시킨다.
4) 박막증착이 가능한 진공도에 도달하게 되면 power supply에 전원을 넣고, 전류를 가해 발생하는 저항열에 의해 시료(Alq3 또는 TPD)를 승화시켜 기판 위에 박막을 증착시킨다.
5) 증착이 완료되면 power supply 및 RP와 DP의 전원 스위치를 내리고, N2 gas를 chamber 내부로 흘려 압력을 외부의 대기압 상태로 만든 후 기판을 꺼낸다.
4. 분석
SEM을 이용하여 박막을 관찰한다.
5. 결과 및 토의
1) 기상법에 의한 박막제조기술에는 어떤 방법들이 있는지 조사한다.
2) Thermal Evaporation으로 증착되는 발광재료에 대해 조사한다.
* 장비 ON 순서
1. Air, Water, Vent V/V Off 확인
2. Power ON
3. R/P ON, Gause ON
4. F/V ON, 30초에서 1분이 지나면 D/P ON(25~30분 유지)
5. F/V OFF, ( T/C2 진공도 5*10-2이하)
6. Chamber를 Open 하여 Al 장착 및 Mask 장착.
7. R/V ON. (T/C1 진공도 5*10-2 이하 확인)
8. M/V ON.
9. EMIS PUT -->I/G ON(1*10-5 이하 확인)
10. Program 설정(FL1).
11. Boat1 ON , A-meter 조절.
12. Shutter 1 ON.
13. Å/s 가 안정되면 Substrate Shutter ON, Zero PUT(시간차 1초).
14. display를 통해 원하는 두께를 코팅한 후 Substrate Shutter OFF.
15. Shutter 1 OFF.
16. EMIS PUT--> (I/G OFF)
17. M/V OFF.
18. Chamberㅇㅔ air를 넣어 준 후 코팅한 박막을 얻는다.
*장비 OFF 순서
1. EMIS PUT--> (I/G OFF)
2. D/P OFF(열기가 식을 때 까지 기다린다. 약 30분)
3. F/V OFF, R/P OFF, Gauge & Thickness Monitor OFF.
4. Main OFF.
※ R/V 와 F/V 는 절대 같이 작동해서는 안된다. D/P oil이 역류하는 현상이 생길 수 있다. 결국 Chamber와 Line을 오염시킬 수 있다.

키워드

thermal evaporation법,   박막,   물리적 증착법