EquipSim Vacuum Simulator Activity #2
2. 박막증착 실험
진공시스템의 구성
1. 유리기판위에 원하는 마스크를 올려놓고, RF마그네트론 스퍼터 챔버(진공플라즈마 실습장치) 에 넣는다. 이 때 유리기판과 마스크는 절대 손으로 만지지 않고 트위저를 이 용한다.
2. 챔버를 고진공 상태로 만든다.
3. 스퍼터링가스 (아르곤, 질소)를 넣는다.
4. 고주파 에너지를 인가하여, 플라즈마를 만든다.
5. 플라즈마가 안정화 되면 셔터를 연다.
6. 원하는 시간이 지나면, 셔터를 닫고 챔버를 대기압상태로 만든 뒤 유리기판을 꺼낸다.
7. 유리기판위에 만들어진 금속박막저항을 확인 한다.
8. 박막의 저항을 측정해보고 박막의 두께를 구해본다.
나노기술
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박막형성과 에칭 진공플라즈마
(NANO-STEAM 아웃리치 프로그램)
● 도전~! 나도 나노 전문가!(박막증착 실습)
1
마스크를 유리판에 올려놓은 모습3
진공을 조절하고 가스를 주입하는 컨트롤 패널2
유리기판을 챔버에 넣는 모습4
챔버 내 스퍼터링 가스 주입4
완성된 금속박막 저항지도 시 유의사항
- 장비에 이상이 생기지 않도록 학생들 실습 시 옆에서 지도해주세요.
- 실습 시 웨이퍼를 꺼내고 넣는 역할, 전등을 비춰주는 역할, 진공을 조절하는 역할등 으로 조별로 역할을 나눠 진행하여 아이들로 하여금 협동심을 기를 수 있도록 해주세요.
나노기술 44
박막형성과 에칭 진공플라즈마
(NANO-STEAM 아웃리치 프로그램)
6
저항A,B,C 의 크기를 멀티미터를 이용하여 측정해보고 그 결과값을 비교해봅시다.● 도전~! 나도 나노 전문가!(박막증착 실습)
저항의 크기는 도선의 길이에 비례하고 단면적에 반비례한 다. 따라서 전류의 세기는 전압에 비례하고 도선의 저항에 반비례한다.
R
=
・
(Ω)
저항의 길이(L) 저항의 단면적의 너비(W) 측정한 저항값(단위:Ω) 저항 A 27.0 mm 1.0 mm
저항 B 75.0 mm 2.0 mm 저항 C 75.0 mm 1.0 mm
나노기술
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박막형성과 에칭 진공플라즈마
(NANO-STEAM 아웃리치 프로그램)
7
증착 시간을 다르게 하여 저항의 크기를 비교해보자.● 도전~! 나도 나노 전문가!(박막증착 실습)
1 2 2
증착한 시간 (단위:초)
측정한 저항의 크기(단위 : Ω) 박막의 두께 (단위：nm)
*ρ는 티타늄의 비저항이다. 비저항은 물질 고유의 성질이지만, 나노단위가 되면 물질의 두께에 따라 비저항의 크기가 달라진다. 이 실습에서는 420nΩ·m 라고 가정한다.
8
위의 결과 값을 바탕으로 시간에 따른 박막 두께의 그래프를 그려보자.나노기술 46
박막형성과 에칭 진공플라즈마
(NANO-STEAM 아웃리치 프로그램)
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실생활에서 플라즈마가 사용된 곳은 어디 있을까? 그 원리는 무엇일까?
예시) 형광등
형광등은 인간이 만들어낸 가장 대표적인 인공 플라즈마이다. 고온으로 가열했을 때 높 은 에너지로 인해 원자가 이온화 되며 급격한 화학반응이 일어난다. 형광등에 필요한 방전 플마즈마의 원리를 생각해보자.
형광등에서의 플라즈마 원리는 무엇일까?
플라즈마는 이온화된 기체이다 열 플라즈마는 기체를 초고온으로 가열하여 얻을 수 있는 데, 이때 열이 아닌 전기장을 걸어주면 전기장에 의해 가속된 전자가 원자와 충돌하여 낮은 에너지에서도 이온화가 가능하다. 이 과정에서 빛의 방출이 흔히 발생하고 이것을 ‘방전 플라즈마’라고 한다. 방전이란 재료 내부에 쌓여있던 전하가 어떤 영향으로 인해 외부로 한번에 방출되는 현상이며, 형광등을 가장 친숙한 방전 플라즈마의 원리로 말할 수 있다.
[교수 지도 방안]
학생들에게 실생활에서 플라즈마가 사용된 예를 3~4개 알려주고, 관심있는 제품이나 분 야를 선택하여 그 원리가 무엇인지 스스로 알아볼 수 있는 기회를 제공한다.
다른 친구들에게 그 원리를 설명해 줌으로써 본인 뿐 아니라 다른 학생들도 플라즈마가 사용된 곳과 그 원리를 알 수 있도록 정보를 공유할 수 있는 시간을 마련한다.