박막

박막 (Thin Film)은 물질을 원자 또는 분자 수준으로 쌓아 올려 형성한 매우 얇은 막을 의미한다. 일반적으로 두께가 수 나노미터(nm)에서 수 마이크로미터(µm) 정도로 매우 얇으며, 기판(substrate) 위에 증착(deposition) 과정을 통해 만들어진다. 박막은 다양한 재료로 구성될 수 있으며, 금속, 반도체, 유전체, 고분자 등 그 종류가 매우 다양하다.

특징

• 두께: 매우 얇은 두께로 인해 벌크(bulk) 상태의 물질과는 다른 물리적, 화학적 특성을 나타낼 수 있다. 양자역학적 효과, 표면 효과 등이 중요하게 작용한다.
• 다양한 재료: 금속, 반도체, 유전체, 고분자 등 다양한 재료를 사용하여 원하는 기능을 구현할 수 있다.
• 제어 가능성: 증착 과정에서 온도, 압력, 증착 속도 등을 조절하여 박막의 두께, 조성, 결정 구조 등을 정밀하게 제어할 수 있다.
• 기능성: 전기적, 광학적, 기계적, 화학적 특성을 활용하여 다양한 기능을 구현할 수 있다.

제조 방법

박막 제조 방법은 크게 물리적 기상 증착(Physical Vapor Deposition, PVD)과 화학적 기상 증착(Chemical Vapor Deposition, CVD)으로 나눌 수 있다.

• 물리적 기상 증착 (PVD): 물질을 물리적인 방법으로 증발시키거나 이온화시켜 기판 위에 증착시키는 방법이다. 스퍼터링(sputtering), 증발 증착(evaporation), 레이저 증착(laser ablation) 등이 대표적인 예이다.
• 화학적 기상 증착 (CVD): 기판 위에 화학 반응을 일으켜 박막을 형성하는 방법이다. 열 CVD(thermal CVD), 플라즈마 CVD(plasma-enhanced CVD, PECVD), 원자층 증착(atomic layer deposition, ALD) 등이 있다.

응용 분야

박막은 다양한 산업 분야에서 광범위하게 활용되고 있다.

• 반도체: 반도체 소자 제조 공정에서 게이트 절연막, 배선, 박막 트랜지스터(Thin-Film Transistor, TFT) 등에 사용된다.
• 광학: 반사 방지 코팅, 광 필터, 태양 전지 등에 사용된다.
• 디스플레이: 액정 디스플레이(LCD), 유기 발광 다이오드(OLED) 등에 사용된다.
• 에너지: 태양 전지, 연료 전지 등에 사용된다.
• 기타: 하드 코팅, 부식 방지 코팅, 센서, 의료 기기 등 다양한 분야에 응용된다.