진공증착

- 증착: 증발한 원자나 분자가 특정 면에 응축하는 것
- 진공 증착: 진공 조건하에서 원자나 분자가 증발하여 온도가 낮은 면에 증발된 원자나 분자가 응축하는 것
- 진공 증착법은 만들고자 하는 박막 물질을 가열하여 증발시키고 그 증기를 원하는 면 위에 부착시켜 박막을 생성한다.

<진공 증착 장비 개략도>

- 진공증착장치는 진공장치, 가열장치(증발원) 및 부착면(기판면)으로 구성된다.

- 가열장치
  1)저항가열방식
   고융점의 금속(W, Mo, Ta)으로 제작한 가열기 위에 증착재료를 올려놓는다. 가열기에 전류를 흘리면 가열기의 온도가 상승하며, 이 열로 증착재료를 가열시킨다. 가열된 증착 재료는 증발되어 기판에 증착된다. 이때 가열기의 재료와 그 형태가 박막의 물성에 큰 영향을 미치게 된다. 박막을 형성하는 증착재료의 증발온도는 보통 1000∼2000 K 정도이므로 가열기의 녹는점은 그 이상 이어야 한다.(참고 : 금속의 증발인자) 박막 형성 시 가열기의 재료가 어느 정도 증발하여 불순물로써 증착 박막에 작용할 수 있기 때문에 가열기 재료 선정도 금속 증발인자를 고려하여 선택해야 한다.

  2)전자충격방식
    저항가열방식은 가열기 재료와 증착재료가 직접 접촉하므로 가열기 재료에 의한 증착 박막에 불순물 혼입, 가열기 재료와 증착재료의 반응, 가열기 재료의 녹는점에 의한 제약 등의 문제가 있다. 이러한 단점을 보완한 것이 전자충격방식이다. 이것은 전자를 증착재료 충돌시켜 가열하는 방법이다. 즉, 고전압의 전자빔으로 증착재료를 고온으로 가열하여 증발시키는 방식이다. 투입 전력만 증가시키면 다른 방법으로는 불가능했던 고융점의 금속이나 화합물도 증발시킬 수 있다는 장점이 있다. 증착재료 가열은 레이저 가열 및 이온빔(ion beam)에 의한 가열도 가능하다.

※ 증착온도 영역: 1은 100~400℃, 2는 400~800℃, 3은 800~1200℃, 4는 1200~1600℃, 5는 1600~2100℃, 6은 2100~2800℃, 7은 2800~3500℃

     ※※ C : graphite, AO : alumina, E : 전자선 가열

- 진공증착 장점
   ① 장치 전체의 구성이 비교적 간단하다.
   ② 많은 물질에 쉽게 적용할 수 있다.
   ③ 박막이 형성되는 기구(mechanism)가 비교적 간단하다.
   ④ 열역학적으로 평형한 조건하에서 다른 결정구조를 가진 물질 및 다른 성분비를 가진 화합물을 만들 수 있다.

- 진공증착 단점
   ① 완성된 박막과 기판의 면 사이의 접착이 나쁘다.
   ② 박막의 구조민감성에 대한 재현성이 나쁘다. 따라서 소자 제작 시 신뢰성에 문제가 있다. 다른 방법도 마찬가지이나 진공 증착법이 특히 나쁘다.
   ③ 증기압이 낮은 물질은 증착이 어렵다. 특히 많이 사용되는 Pt, Ta, Ti, W 등은 성막이 어렵다.
   ④ 증발을 위한 히터(heater) 재료가 같이 증발하여 박막 중의 불순물로 작용할 수 있다. 또한 진공장치 중의 잔류 가스 분자도 불순물로 박막 중에 혼입 될 수 있다.