2009-06-12
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김민호(thirtyse7en)
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질문 내용 그대로 입니다.
결정 성장이란 원자들을 규칙적으로 쌓아가는 기술인데,
여기서 박막 성장과 단결정 성장의 차이는 무엇인지 궁금합니다.
좋은 답변 기대하겠습니다..^-^
- 박막 성장
- 단결정 성장
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각 분야 한인연구자와 현업 전문가분들의 답변을 기다립니다.
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답변 4
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윤영수님의 답변
2009-06-12- 0
박막성장과 단결정을 직접 비교하는 것은 약간의 무리가 있습니다., 즉 박막 성장은 하나의 공정이며 단결정은 재료의 상태를 의미하는 용어이기 때문입니다. 따라서 박막 성장에 대한 이해가 먼저입니다. 박막 성장은 박막을 구성하는 원소(Elements)를 물리적 또는 화학적인 방법으로 얻어내고 이를 소위 말하는 기판 위로 이동시킨 후 적정한 후속 공정을 거쳐 우리가 원하는 특성을 갖는 얇은 목적물을 만들어내는 과정을 의미합니다. 여기서 적절한 후속 공정이란 기판 위에 박막을 구성하는 원소들에게 확산이 가능한 (또는 화학적 결합이 가능한) 에너지를 주는 과정인데 주로 열적인 방법을 활용하고 있습니다. 이때 문에 박막 공정에는 기판의 가열 공정이 수반되는 경우가 많습니다. 물론 열적인 방법 이외에 다른 방법, 예를 들어 Photon, Energy particles 등을 이용하는 방법도 있습니다. 물론 이는 양산이나 비용의 관점에서 열적 방법보다는 일반적이지 못하나 아주 특수한 특성의 박막의 워할 경우 그 활용이 가능합니다. 이제 박막의 성장 과정에서 박막 구성 원소가 기판에서 어떤 수준의 확산을 하는가에 따라 박막의 구조적 특성이 결정됩니다. 만일 구성 원소의 확산에 필요한 충분한 에너지가 주어지지 않을 경우 일반적으로 원자의 규칙적 배열이 이루어지지 않기 때문에 일반적으로 비규칙의 즉, 비정질의 박막이 만들어집니다. 동일하게 기판 위에서 확산에 대한 충분한 에너지가 주어질 경우 어떤 규칙성을 형성할 수 있게되는데 규칙적 배열이 된 경우 결정성 박막이라고 합니다. 그런데 규칙성의 박막의 경우 기판과 그 위에 증착되는 박막과의 결정 및 화학적 관계에 따라 Polycrystal, textured crystal, epitaxial crystal 및 단결정의 특성을 가지게 됩니다. 일반적으로 에너지가 높을 경우 더 높은 규칙성의 박막 (Textured 이후로) 을 얻을 수 있으나 기판과 증착되는 박막과의 결정학적 관계에 따라 아무리 에너지를 많이 제공하여도 epi 또는 단결정을 얻을 수 없게됩니다. 단결정이란 우리가 관심을 가지고 있는 어떤 고체의 유한 영역에서 모든 결정이 동일한 결정 방향을 가질 때를 의미하는데 박막 공정에서 단결정을 얻는 것은 여러 공정적 요인을 이해해야 가능합니다. 이에 대한 자세한 논의 등은 제게 연락을 주시면 답을 해드리겠습니다. -
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진병문님의 답변
2009-06-12- 0
>질문 내용 그대로 입니다. > >결정 성장이란 원자들을 규칙적으로 쌓아가는 기술인데, >여기서 박막 성장과 단결정 성장의 차이는 무엇인지 궁금합니다. >좋은 답변 기대하겠습니다..^-^ 우리가 점과 선과 평면 그리고 부피를 정의하는 가장 일일반적인 방법은 각 변 치수 사이의 상대적 크기 비교입니다. 선은 점들이 모여있기 때문에 한 변의 길이만 정의되고 나머지 두 변의 길이는 없다고 보는 것이지요. 그럼 면이란 두 변의 길이는 정의가 되어 있지만 높이에 해당하는 변의 길이는 의미가 없다는 말입니다. 그럼 물론 부피란 세 변의 길이가 서로 다 비교할 정도의 크기 범위 안에 있다는 의미이지요. 박막과 단결정 성장의 가장 간단한 비교는 여기로부터 시작할 수 있습니다. 박막이란 말의 뜻이 그러하듯이 아주 얇은 막과 같다는 말입니다. 즉 면으로는 구성이 되지만 두께는 큰 의미가 없다는 뜻입니다. 물론 박막끼리 비교할 때에는 어느 박막이 더 두꺼운가를 따지게 되겠지요. 그럼 이제 단결정 성장이란 일정한 부피(가로, 세로, 그리고 높이가 다 비슷한)를 갖는 지료를 만든다는 의미입니다. 그리고 여기서 단결정이란 용어는 다시 정의를 명확하게 해 두어야 할 것입니다. 먼저 결정이라는 용어에 대해 얘기해 봅시다. -
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전병억님의 답변
2009-06-12- 0
재료과학의 입장에서 볼 때에는 물질의 특성을 띠는 최소 단위를 원자 또는 분자라는 관점은 지나치게 소박한 생각라 볼 수 있습니다. 물성물리학의 입장에서는 원자 또는 분자 단위로서 그 물질의 특성을 설명하는 것이 가장 명쾌합니다. 재료과학과 물성물리학의 입장차이가 최근에는 뚜렷해졌습니다. 단결정 또는 세라믹스를 다루는 경우에는 재료과학의 입장와 물성물리학의 입장은 거의 같았다고 볼 수 있습니다. 박막의 경우는 그렇다고 하기엔 한계를 가집니다. 재료의 크기가 물질의 최소 단위인 원자 또는 분자 크기에 가까워질수록 단결정 고유의 물리적 성질 보다는 물질을 에워싸고 있는 물리적 화학적 환경에 민감해진다는 것이 문제입니다. 그래서 박막의 물성을 제어하는 방법은 단결정의 경우와는 전혀 다르게 발전되고 있다는 입장에서 볼 때에는 재료과학과 물성물리학은 괴리감을 버릴 수 없습니다. 그러한 배경에서 도입된 것이 나노물리학입니다. 나노과학의 관점은 기존의 물성물리학의 지식을 배경으로 새로운 물리학적인 해석을 찾아보자는 것입니다. 다르게 설명한다면 물리학의 테두리에서 벗어나서 현상을 설명하고 예측할 수 있는 새로운 관점을 찾자는 것입니다. 결론적으로 설명한다면 나노과학의 입장에서는 기존의 재료과학의 배경이 되었던 물성물리학을 원자 또는 분자 단위를 기초로 설명했던 입장이 아닌 물리학 또는 화학적인 환경적인 변화를 포함하는 포괄적이며 계통적인 접근법을 적용해보자는 것입니다. 그런 관점에서 보면 단결정이든 박막이든 환경적인 차이는 있지만 나노과학의 관점에서 해석할 수 있습니다. 예를 들어, 금의 경우에 단결정이든 유리상이든 세라믹이든 전기전도도, 밀도, 광투과도 등은 거의 비슷한 값을 가집니다. 그러나 금 박막 또는 금 나노입자의 경우에는 금 단결정의 경우와 전혀 상황이 달라집니다. 양자역학적인 해석을 통해 설명할 수 있다는 관점은 잘 알려져 있습니다. 금 단결정의 경우에는 빛이 투과할 수 없었지만 금 박막의 경우에는 상당한 광량이 투과됩니다. 금 단결정의 표면 안쪽으로 빛이 진행하는 투과 깊이가 알려져 있습니다. 투과 깊이가 금 박막의 두께와 비슷한 경우에 빛은 금 박막을 투과할 수 있습니다. 동시에 금 박막은 더이상 전형적인 황금색을 띠지 않습니다. 금 박막의 두께가 변화함에 따라 붉은색 등 다양한 색을 띠게 됩니다. 금 박막과 금 단결정은 물리적 및 화학적으로 보면 동일한 특성을 어느 정도 보여줍니다. 다만 두께 등 공간을 차지하는 물리적인 부피가 다를 뿐입니다. 단결정에서 거시적인 관점에서 해석하는 방법을 박막의 경우에 동일한 관점으로 설명하는 것은 한계가 있습니다. 박막의 경우에 관찰되는 현상을 해석할 수 있는 관점을 찾고 있는 중입니다. -
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유영재님의 답변
2009-06-13- 0
>질문 내용 그대로 입니다. > >결정 성장이란 원자들을 규칙적으로 쌓아가는 기술인데, >여기서 박막 성장과 단결정 성장의 차이는 무엇인지 궁금합니다. >좋은 답변 기대하겠습니다..^-^ 박막성장은 말 그대로 얇은 막을 입혀서 기존 부재의 특성과 전혀 다른 특성을 구현하는 기술이고요, 단결정 성장은 동일한 특성을 구현하는 기술이라고 알고있습니다.