펄스레이저 증착법

펄스레이저 증착법(PLD)이란 무엇입니까?

펄스레이저 증착법(PLD)은 광범위한 기판에 다양한 박막 필름을 증착하기 위해 사용됩니다. 엑시머 레이저의 높은 에너지와 짧은 파장 덕분에 우수한 화학양론비와 함께 뛰어난 증착 속도와 고품질 필름을 얻을 수 있습니다.

펄스레이저 증착법(PLD)은 진공 상태에서 기판에 박막 필름을 증착하기 위해 사용되는 물리적 기상 증착(PVD) 기술입니다. PLD에서 레이저 펄스는 대상 물질로 직접 전달되어 물질을 기화시키고 기화된 물질의 플룸을 생성합니다. 그런 다음 기화된 물질의 플룸이 기판으로 전달되어 응축되고 박막 필름을 형성합니다.

엑시머 레이저는 높은 펄스 에너지가 대규모 생성을 통해 연구에 적합한 박막 필름 증착 속도를 제공하기 때문에 많은 PLD 응용 분야에서 선호되는 레이저입니다. 또한 중요한 것은 이러한 자외선 레이저의 높은 광자 에너지 덕분에 모든 물질 종류에서 뛰어난 필름 화학양론비가 보장된다는 점입니다. 이는 대부분의 응용 분야에서 핵심 요구 사항입니다.

화학양론적 증착, 정의와 이유

PLD에서 화학양론비의 중요성은 대상 물질의 조성 및 증착 필름의 원하는 조성과 관련이 있습니다. 화학양론비는 화합물의 원소 비율을 나타내며 증착 필름의 성질을 결정하는 중요한 요소입니다. PLD에서 원하는 조성 및 성질의 필름을 얻기 위해서는 대상 물질의 원래 화학양론비가 필름에 유지되어야 합니다.

예를 들어 대상 물질이 TiO₂와 같은 산화물인 경우 증착 필름에 원하는 화학양론비의 TiO₂가 포함되도록 보장하기 위해 대상의 화학양론비를 신중하게 제어해야 합니다. 대상 물질이 Ti_1.5O_2.5와 같이 다른 화학양론비를 갖는 경우에는 증착 필름에도 이러한 조성이 포함되어 원하는 것과 다른 성질의 필름이 생성될 수 있습니다.

전반적으로 PLD에서 화학양론비의 중요성은 증착 필름의 조성 및 성질을 제어하여 다양한 응용 분야에 맞게 원하는 특정 성질의 필름을 생성하는 능력에 있습니다.

엑시머 - 높은 광자 에너지 및 높은 플루언스

대상 물질의 화학양론비를 제어하는 것 외에도 레이저 에너지 및 플루언스(단위 영역당 증착되는 레이저 에너지 양)도 원하는 필름 성질을 얻기 위해 PLD에서 신중하게 제어해야 합니다. 레이저 에너지 및 플루언스를 조정하여 특정 요구 사항에 맞게 증착 필름의 미세 구조 및 형태학적 성질을 조정할 수 있습니다. 엑시머는 레이저 에너지 및 플루언스를 다양하게 지원하며 두 가지 모두 정밀하게 제어합니다. Coherent 엑시머 레이저는 고유하게 높은 펄스 에너지를 제공하여 가능한 한 가장 빠른 증착 속도를 지원합니다.

점점 더 다양화되는 응용 분야

뛰어난 화학양론비와 높은 증착 속도는 엑시머 기반 PLD가 다층 고온 초전도(HTS) 테이프에 필요한 품질의 희토류 바륨 구리 산화물(REBCO) 필름을 만드는 것으로 유일하게 입증된 대규모 생성 방법인 핵심 이유입니다.

그러나 PLD는 광학 코팅, 전자 장치 및 생의학 응용 분야를 위한 박막 필름 생성을 포함하여 다른 중요한 광범위한 응용 분야를 지원합니다. 광학 코팅에서 PLD는 특정 방식으로 빛을 조작할 수 있는 코팅을 생성할 수 있도록 특정 굴절률로 박막 필름을 증착하기 위해 사용됩니다. 전자 장치에서 PLD는 태양광 셀 및 기타 전자 장치 제조를 위해 실리콘과 같은 반도체 물질의 박막 필름을 증착하기 위해 사용됩니다. 

PLD는 또한 빛을 감지하거나 방출하는 광소자의 전면 전극을 형성하는 투명 전도성 산화물(TCO)의 박막 필름을 생성하는 데 매우 유용합니다.

PLD는 의료 임플란트 및 장비에 사용할 생체 적합성 박막 필름을 증착하는 생의학 응용 분야에도 사용됩니다. 예를 들어 뼈의 미네랄 성분과 유사한 생체 적합성 물질인 하이드록시아파타이트를 티타늄과 같은 임플란트 물질에 증착하여 뼈 성장을 촉진하고 임플란트의 생체 적합성을 향상시키는 용도로 PLD를 사용할 수 있습니다.

다른 방법들과의 비교

다양한 응용 분야 외에도 PLD는 다른 박막 필름 증착 기술에 비해 몇 가지 장점이 있습니다. PLD는 결정성이 뛰어난 고품질 박막 필름 증착을 가능하게 해주며 박막 필름 증착 속도가 높습니다. PLD는 또한 필름 조성 및 미세 구조를 세부적으로 제어할 수 있는 필름 증착을 지원하므로 원하는 특정 성질로 박막 필름을 생성할 수 있는 유용한 도구입니다.

또한 PLD는 금속, 세라믹 및 폴리머를 포함하여 다양한 기판 물질에 필름을 증착할 수 있습니다. 이러한 다양성 덕분에 PLD는 광범위한 산업 및 응용 분야에서 사용되며, 재료 과학 및 공학 연구에 중요한 도구로 활용되고 있습니다.

PLD의 실질적인 과제는 무엇입니까?

PLD의 과제 중 하나는 레이저 소스, 대상 물질, 진공 챔버 등의 특수 장비가 팔요하다는 것입니다. 이러한 장비의 비용 및 전문 특성으로 인해 일부 산업에서 광범위한 PLD 채택이 제한될 수 있습니다.

PLD의 또 다른 과제는 복잡한 공정입니다. 원하는 필름 성질을 얻기 위해서는 레이저 에너지 및 플루언스, 대상 화학양론비 및 기판 온도를 모두 신중하게 제어해야 합니다. 이로 인해 높은 수준의 기술 전문성이 필요하며 일부 연구원 및 제조업체의 PLD 활용 능력이 제한될 수 있습니다.

PLD 결론

이러한 과제들에도 불구하고 PLD는 박막 필름 증착을 위해 지속적으로 널리 사용되고 있는 중요한 기술입니다. 원하는 특정 성질의 고품질 필름 증착 기능 덕분에 다양한 산업 및 응용 분야에서 중요한 도구로 사용됩니다.

결론적으로, PLD는 원하는 특정 성질의 박막 필름 증착을 위해 중요한 기술입니다. 다양성과 고품질 화학양론적 박막 필름 증착 기능으로 광학 코팅, 전자 장치 및 생의학 응용 분야를 포함하여 재료 과학 및 엔지니어링 연구와 다양한 박막 필름 산업 응용 분야의 개발을 위한 귀중한 도구로 사용됩니다.