thin film repoter

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thin film repoter에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

받게 되며, 그 얇은 구조상 외부로부터의 응력에 취약할 수밖에 없다. 또한 일반적인 구조재료들은 제조 시 응력이 발생하게 되면 열처리 등을 통해서 응력제거 공정을 거치지만, 박막의 경우는 이런 경우가 드물다.
-intrinsic residual stress & thermal mismatch stress
박막을 형성하면 많은 경우 박막 내부에 박막이 형성되는 도중 발생한 응력이 축적되며 남게 된다. 이것을 잔류응력(intrinsic residual stress)라고 부른다. 이 응력의 크기가 어느 정도 이상이 되면 박막 형성 직후 혹은 그 박막이 사용되는 도중에 문제를 발생시키게 된다.
박막 내에 잔류 응력이 발생하는 원인은 크게 박막 내부적인 요인과 외부적인 요인으로 구분한다. 내부적인 요인을 진성응력이라고도 하며 박막 형성 시 불순물의 존재, sputtering된 원자들이 위치하는 자리가 정확하지 못하고 어긋남에 따라 생기는 격자 불일치나 전위, 박막이 성장하는 동안에 생기는 상변화, 결정립 성장에 의한 팽창이나 수축이 원인이 된다. 또한 박막에 이온충돌효과를 주게 되면 그로 인해 내부 응력이 증가하기도 한다.
외부적인 요인은 박막자체보다는 주로 박막과 기판과의 상호작용에 의해 발생하고 대표적으로 박막과 기판의 열팽창계수 차이로 인해 발생하는 열응력(thermal mismatch stress)이 있다. 처음 박막을 형성하고 나서는 응력이 없었는데 그 박막을 후열처리 하거나 사용 중 온도가 올라가는 경우도 있는데, 박막이 기판보다 열팽창계수가 큰 경우에 박막이 기판보다 더 많이 팽창하려고 하지만 기판이 박막을 잡아버려 오히려 박막에 압축이 걸린다. 즉, 압축응력이 걸려있는 박막에 응력을 제거하고자 열처리를 하게 되면 오히려 압축응력이 걸려 외부적인 요인의 응력이 더 강해질 수 있다는 것이다. 반대로, 냉각 시에는 이 반대현상이 발행하여 높은 열팽창계수를 가진 박막은 빨리 수축하려 하지만 기판이 박막을 잡고 있어 수축하지 못하고 인장력이 걸려버린다.
그 외에 박막과 기판간의 상호 확산이나 화학반응 등에 의해 발생하는 응력들이 있다.
-adhesion(밀착력)
박막을 기판에 붙일 때 어떤 면에 붙이느냐에 따라 밀착력의 크기도 결정된다. 보통 Si wafer를 많이 사용하게 되는데 (100)면, (111)면의 표면에너지는 다르다. 그렇다면 당연히 밀착력에도 그만큼의 차이가 발생하게 된다. 그런데 Si wafer는 표면이 아주 매끄럽게 경면처리(polishing)되어 있다. 왼쪽의 그림처럼, 밀착력은 박막과 기판사이에 접촉 면적이 많으면 많을수록 증가하게 되는데 Si wafer처럼 경면처리 되어있는 것은 접촉 면적이 최소화 될 수밖에 없다. 만약 Al2O3 같은 세라믹기판, 특히 경면처리가 되어있지 않은 기판을 쓰게 된다면 어지간해서는 박막이 벗겨지는 일은 나타나지 않는다. 표면적이 워낙 넓어서 반데르발스 힘의 결합만으로도 충분히 붙어있는 것이 가능하다. 그렇게 기판의 표면상태에 큰 영향을 받는다. 그렇다고 너무 기판 표면이 울퉁불퉁 하거나 다공성이면 오히려 밀착이 떨어질 수 도 있다.
-anisotropy(이방성)
물체의 물리적 성질이 방향에 따라 다른 성질. 등방성에 대비되는 용어로서 비등방성이라고도 한다. 예를 들어 유리는 보통상태에서는 등방성 물질이어서 빛에 대해 복굴절을 나타내지 않으나 한 방향에 변형력을 가하면 이방성을 띠고 복굴절을 나타낸다. 이때 유리의 이방성은 일시적이지만 결정은 항상 이방성이다.
즉, 결정이 다면체적인 외형을 가지거나 특정한 면에 따라 쪼개짐을 나타내는 일도 이방성이다. 일반적으로 결정의 이방성을 종합적으로 관찰하면 이방성에는 대칭성이 있다는 것을 알 수 있다.
예를 들면 암염과 다이아몬드의 성질은 대칭면과 대칭중심, 또는 특정한 축 주위의 회전대칭에 의해 특징지어지는 대칭성을 나타내고 있다.
고밀도, 고성능 정보저장 및 메모리 물질로서 나노자성체가 크게 응용될 전망이다. 정보저장기술의 대표적 기술인 자기기록기술에서 정보저장밀도를 증가시키면서 대두되는 가장 심각한 문제가 초상자성 효과인데 이는 기록되는 비트의 크기가 작아지면서 기록비트의 자기이방성 에너지가 작아져 열적으로 불안정하게 되어 기록된 정보적 한계를 예측할 수 있게 된다. 이런 한계를 뛰어넘기 위한 여러 가지 방법들이 현재 활발히 연구되고 있는데 자기이방성 에너지밀도가 큰 FePt합금박막이나 Co계 다층박막을 이용한 수직자기기술이 주목받고 있다. 이 수직자기기록방식이 성공하면 정보저장밀도를 10배이상 증가시킬 수 있을 것으로 예측하고 있다.
-density
밀도(density)는 부피의 단위 당 질량을 나타내는 값이다. 부피가 일정할 때, 한 물체의 밀도가 클수록 그 물체의 질량은 크다. 한 물체의 평균 밀도는 그 전체 질량을 그 전체 부피로 나눈 것과 같다. 더 조밀한 물체(철과 같은)는 같은 질량의 덜 조밀한 물질(물과 같은)보다 부피가 적을 것이다.
-fracture, ductility, elasticity
박막의 손상(fracture)은 위에서 언급한 것 같이 내부 잔류 응력이나 외부적인 요인인 열응력에 의해 주로 발생한다. 특히 열팽창계수차이에 의한 박막과 기판의 차이 때문에 생기는 압축과 인장응력은 시간이 지날수록 매우 큰 힘을 가지고 박막 손상을 일으킬 수 있는 요인이 된다.
ductility(연성)은 재료가 파손 없이 소성변형(영구변형)을 유지할 수 있는 정도를 말하고 연신과 단면적 감소는 연성의 징후이다. 즉, 탄성한계를 넘는 힘을 가함으로써 물체가 파괴되지 않고 늘어나는 성질을 말한다. 전성과 함께 물체를 가공하는 데 있어 아주 중요한 성질이며 박막에서도 역시, 열팽창계수와 함께 박막의 파손을 결정짓는 요인이 된다.
elasticity(탄성)은 외부 힘에 의하여 변형을 일으킨 물체가 힘이 제거되었을 때 원래의 모양으로 되돌아가려는 성질로 일상생활에서는 고무나 스프링 등에서 쉽게 볼 수 있는 성질이다. 연성과는 반대의 개념으로, 무제한의 탄성이 있는 박막으로 물질을 만들게 되면 박막의 손상을 막을 수 있겠지만 이것은 현재 사용하는 물질로서는 제한이 있다.

키워드

thin film repoter,   회절(diffraction)이란,   X선이란