물리기상 증착(PVD)

물리기상 증착(PVD)

    PVD-증발증착법은 진공 또는 특정기체 분위기에서 코팅시키고자 하는 물질을 기화 또는 승화시켜서 원자 또는 분자 단위로 기판 표면에 응고되도록 함으로써 피막을 형성시키는 방법입니다.

  - 증발 공정에 사용되는 대표적인 열 증발원은 저항가열 증발원과 전자빔 증발원, 유도가열 증발원이 있습니다. 
  - 저항가열을 이용한 증기증착법은 용융점이 낮은 재료(예: Al, Cu, Ni, Ti, Ag, Au 등)의 증착에 유리하며 증착 속도는 필라멘트에 공급하는 전류량을 조절함으로써 변화를 줍니다. 전통적으로 거울과 같은 광학부품의 제조와 포장지의 반사막 또는 배리어(Barrier) 코팅 등에 이용 되고 있으며 최근에는 모바일 부품과 같은 소형 부품의 금속 증착이나 장식성 외관 코팅에 널리 이용되고 있습니다. 

 

   - 전자빔을 이용한 증기증착법은 증착재료의 용융점이 높은 경우(예: W, Nb, Si)에 주로 사용하며 전자빔 소스인 핫 필라멘트에 전류를 공급하여 나오는 전자빔을 전자석에 의한 자기장 유도에 의해 증착재료에 위치시키면 집중적인 전자의 충돌로 증착재료가 가열되어 증발되는 원리를 이용합니다. 고융점 산화물 증발이 가능하여 광학이나 디스플레이용 소형 윈도우 부품의 무반사 코팅에 주로 이용되며, 롤투롤(Roll-to-Roll) 설비나 연속코팅 설비 (In-line Coating System)와 같은 고속 및 대용량 증발이 요구되는 설비에 널리 이용되고 있습니다.
   - 유도가열 증발원은 고주파 전원을 이용하여 금속을 용융 및 증발시키는 것으로 대용량 증발에 주로 이용되고 있으며 고주파 가열은 피가열재의 물리적 성질에 따라 크게 유도가열과 유전자 가열로 나누어지며, 전자는 도전성 금속이나 반도체 물질을 가열하는데 사용하며 후자는 유전손실이 있는 재료인 물, 종이, 플라스틱 등을 가열하는데 주로 이용하고 있습니다.

    PVD-스퍼터링 증착법은 가속된 고에너지의 입자(대부분 전기장에 의해서 가속된 이온)가 고체의 표면에 충돌될 때, 고체 표면(타겟)에 있는 원자나 분자가 충돌된 고에너지의 입자의 운동량을 흡수하여 그 운동량을 가지고 고체 표면 밖으로 튀어나오는 현상을 이용하여 재료 표면(기판)에 박막을 입히는 것으로 글로우 방전을 발생시키는 방법에 따라 크게 직류전원(DC, Direct Current), 고주파(RF, Radio Frequency) 스퍼터링으로 구분됨. 일반적으로 증발 증착법 대비하여 증착되는 입자가 높은 에너지(10-20 eV)를 가지므로 보다 치밀한 박막을 형성시킬 수 있습니다. 

 

 

 

  - DC 스퍼터링은 음극과 양극을 평행으로 약 5~15cm 정도 거리로 놓은 후, 이 사이에 직류전원을 사용하여 글로우방전을 일으켜 여기서 만들어진 플라즈마에서 Ar+ 이온이 음극으로 가속·충돌하게 되고 이로 인해 타겟 물질이 스퍼터링 되는 것이며, RF 스퍼터링은 절연체를 증착하기 위해 직류전원 대신에 고주파를 사용하는 방법입니다. 특별히 자기장을 이용하게 되면 플라즈마 내 높은 전자 밀도를 유지시킬 수 있어 낮은 스퍼터링 전압 에서도 높은 증착 속도(Deposition Rate)를 나타내므로 생산성이 높은 DC 마그네트론(Magnetron) 스퍼터링이 상업적으로 가장 널리 사용되고 있습니다. 

  - PVD-이온 플레이팅법은 생성된 증착 원자 또는 분자의 일부를 이온화시키고 전기장 속에서 가속하여 고에너지 상태를 만들고 이를 진공 중에 놓인 기판에 흡착시켜 박막을 형성하는 방법입니다.

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