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 What
is diamond coating?
다이아몬드는 경도가 가장 높아 연마재나
내마모재로서 유용한 물질입니다. 다이아몬드는
전기적으로 부도체이면서도 가장 좋은 열전도체인데
이는 자유전자에 의해 열이 전도되는 금속과는
달리 격자 진동을 통하여 열이 전도되는데
가벼운 탄소 원자로 구성되어 있고 원자간의
결합력이 매우 강해서 격자의 진동이 빠르게
전달되기 때문입니다. 이와 같은 우수한 열전도성은
전자 소자의 과열 방지용 히트 싱크에 이용될
수 있습니다. 또한 격자 진동의 전달
속도가 빠르다는 것은 매질 내의 음파의 전달
속도가 빠르다는 것을 의미하는데 이와 같은
특성은 고음 재생용 진동막 재료로 응용될
수 있습니다. 또한 다이아몬드는 적외선과
X선 영역의 투과도가 높아서 적외선 시창이나
X선 시창 재료로 응용이 가능하다. 이 밖에도
다이아몬드는 낮은 유전계수, 높은 hole 이동도,
넓은 band gap으로 인해 고온용 고속 반도체
소자로서도 유망한 물질입니다.
이와 같이 보석으로서 뿐만
아니라 공업적으로도 쓰임새가 많은 다이아몬드를
인공적으로 합성하려는 노력은 19 세기부터
꾸준히 진행되어 왔으나 당시에는 다이아몬드가
안정한 고온 고압 조건을 구현하기가 매우
어려워서, 최초의 인공 합성은 1955년 Genearal
Electric의 Bundy 등에 의해서 비로소 이루어졌습니다.
이후 구소련에서 폭발법에 의한 다이아몬드
분말 합성법이 개발되었으며 인조 다이아몬드는
꾸준히 천연 다이아몬드를 대체해 왔습니다.
하지만 고온고압법이나 폭발법에 의해 합성되는
다이아몬드는 분말 형태이거나 작은 입자 형태여서
주로 연마나 내마모 용도로 그 용도가 한정되어
왔습니다.
한편
최근 첨단 공업에서 요구되는 물질의 형태는
bulk 형태보다 박막의 형태로 옮겨가고 있는
추세입니다. 다이아몬드 박막 합성에 관한
연구는 1950 년대부터 시작되었지만 당시에는
기상 활성화 과정을 거치지 않고 탄화수소
가스를 열분해하여 다이아몬드 종결정에 증착하는
방법을 사용하였다. 이는 다이아몬드 종결정에서의
핵생성 에너지가 흑연에서의 핵생성 에너지에
비해 낮은 현상을 이용한 것입니다. 하지만
기판이 다이아몬드에 한정되었을 뿐만 아니라
일단 흑연이나 비정질 탄소가 다이아몬드 기판에
핵생성되면 빠르게 성장하여 기판 표면을 덮어
버리는 문제가 있어 이를 제거하기 위해 수소가스로
식각하는 공정이 필수적이어서 증착 속도가
시간당 수 Å에 불과하였습니다.
그러나, 1980년대에 이르러 열 필라멘트와
플라즈마에 의한 기상 활성화 방법이 개발되어
다이아몬드 박막의 성장 속도가 현저히 증가하였고
이종 기판에서의 증착이 가능하게 되었습니다.
이후 다이아몬드의 기상 합성에 대한 연구는
활발히 진행되어 이미 비철재료용 절삭공구,
X선 시창, 히트 싱크 등의 제품이 개발되었고
반도체 소자 등으로의 응용 연구가 진행 중에
있습니다. |
다이아몬드
박막 표면 사진 
