박막

박막(薄膜, Thin film)은 인위적으로 가공해서는 만들 수 없는 아주 얇은 두께의 막이다. 박막의 두께는 보통 마이크로미터(㎛·1㎛는 100만 분의 1m) 이하다. 물질이 박막 상태가 되면 일반적으로 표면장력이 작아지고 점성이 커지는 등 화학적 성질이 크게 변한다. 이런 특성 덕분에 박막은 화학 실험부터 전자회로, 자성체 등 다양한 곳에 활용되고 있다.

박막의 안전성에 대해서는 아직까지 밝혀진 사실이 많지 않다. 박막을 형성하는 거품 용액 같은 불균일계는 알갱이로 이뤄진 입상물질과 깊은 연관성을 갖고 있다. 박막에서 일어나는 복잡한 현상을 확인하기 위해서 화학뿐만 아니라 응용수학, 물리학, 기계공학, 도시공학 등 다양한 분야의 연구진이 융합 연구를 진행한다.

강자성 박막을 이용하여, 컴퓨터의 기억장치로도 사용한다. 세라믹은 불활성과 상대적으로 높은 강도를 가지고 있으며, 부식, 산화에도 강하기 때문에, 세라믹 박막은 기판이나 도구의 보호를 위한 코팅으로 사용된다. 또한 광전지에서 박막기술을 활용하면, 대량생산이 가능하고 효율이 높기 때문에 박막 광전지에 활용할 수 있는 물질에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

박막 제조는 표면개질과 함께 표면처리 기술의 한 분야이며 이중 진공증착으로 알려진 물리증착법과 화학증착법은 현대의 과학기술 연구는 물론 산업적으로 폭넓게 이용되는 박막제조 기술 중의 하나이다. 진공증착을 이용한 박막제조 기술은 나노 기술의 등장과 함께 비약적인 발전을 이루었으며 자연모사와 완전화 박막의 제조, 융복합 공정을 이용한 기능성 코팅과 Engineered Structure 구현 그리고 초고속 증착과 원가 저감 기술의 실현이 주요 이슈로 등장하고 있다.

개요

박막은 마이크로(micro) 단위에서부터 나노(nano) 단위의 얇은 두께의 막이다. 수면의 기름막, 비누방울이 아롱진 막, 금속 표면의 녹, 함석 ·생철의 아연막 ·주석막 등이 이에 속하지만, 이 밖에 여러 가지 금속이나 반도체 또는 절연물 등을 재료로 삼아 금속박막 ·반도체박막 ·절연박막 ·화합물 반도체박막 ·자성(磁性)박막 ·유전체(誘電體)박막 ·집적회로 ·초전도(超電導)박막 등이 진공증착법(증기 건조법)을 위시하여 전기도금법, 기체 또는 액체 속의 산화법, 화합물 열분해법, 전자빔 증착법, 레이저빔 증착법 등에 의해 만들어진다. 물질은 박막상태가 되면 물리적 ·화학적 성질이 크게 변한다. 예를 들면, 불에 타지 않는 금속도 박(箔)으로 만들면 타는 경우가 있다. 일반적으로 점성이 커지고 표면장력이 작아지며, 빛의 간섭에 의해 착색현상이 일어난다. 이러한 특성은 각종 이화학 원리의 실험이나 이화학기계 제작에 원용되고 있다.

한편 실용적으로는 광학렌즈의 반사방지막이 유명하며, 전자장치의 초소형화 경향에 힘입어, 초소형 박막 전자회로의 제조 및 전자부품의 박막화가 활발히 추진되고 있다. 이러한 박막화는 ① 소형 ·경량화한다. ② 얇고 표면적이 크기 때문에 열방산이 좋아져서 큰 전력을 다룰 수 있다. ③ 인덕턴스가 감소하고 고주파 특성이 좋아진다. ④ 얇고 치밀한 보호막으로서 성능이 뛰어나다. ⑤ 자성체 박막은 히스테리시스 반전의 고속화를 가능하게 한다. ⑥ 발광박막같이 고휘도(高輝度)의 것을 만들 수 있다는 등의 이점이 있으며, 재료가 적게 들고 소형의 것을 동시에 대량생산할 수 있다.

박막 증착

기체 상태의 금속/세라믹 등의 재료 입자가 기판 표면에 붙으면서 박막은 성장하게 되며 이러한 과정을 증착(deposition)이라고 한다.

열증발에 의한 박막 증착은 1887년에 처음보고 되었다. 과거 50년 동안, 진공증착 기술의 숫자는 다양했고, 박막 사용은 기하급수적으로 성장하였다. 연구, 의학, 군사, 상업적 또는 소비재 용도들을 위한 현대의 많은 생산물들이 박막에 의존한다.

방법

박막 증착 방법은 증착을 일으키는 중요한 원칙에 따라 두 가지로 나누어진다.

• Physical Vapor Deposition(PVD): 물리적 기상 증착
• hemical Vapor deposition(CVD): 화학적 기상 증착

PVD방법은 기판 위에 박막을 증착하기 위한 빔이나 가스의 흐름을 만들어내면서 물질을 증발시키거나 때린다. CVD방법은 가열된 기판 위에서 분해되는 반응적이고, 휘발성의 화합물을 사용한다. 시작 물질은 상대적으로 낮은 온도에서 열분해되어 비 휘발성의 박막물질과 펌프로 배기시킬수 있는 기체상태로 분리되는 유기 혹은 수소화합물이다. 두 방법은 특정 목적을 달성하기 위해서 사용되는 보조적인 장치의 다양한 기술들로 분류된다.

참고자료

• 〈박막〉, 《위키백과》
• 〈박막〉, 《두산백과》
• 송경은 기자, 〈‘박막(thin film)’은 왜 중요할까〉, 《동아사이언스》, 2016-02-14

같이 보기

• 막
• 박막배터리

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