개날연블로그

봄부터 로스팅랩 만든다고 진행중이었죠 -_ -

그런데 잘 하다가 어깨를 다쳐 제대로 일을 하지 못했고..여름에는 이곳에 에어컨이나 선풍기도 없어서, 도저히 더운데 작업을 할 수 없어 잠시 정체가 되었더랬습니다. ;ㅁ;  그래도 그동안 변한건 조금 있죠.. 제작에 필요한 여러 물품들과 기본적으로 필요한 것들을 구입을 했죠.. 현재 상황 잠시 보여드립니다.

로스팅실 입구쪽 입니다. 책꽂이 하나에 가려져있는 저 문으로 들어오게 되죠. 책꽂이는 입구에서 들어오면 가려질 수 있도록 파티션 역할도 하기위해 일부러 저 위치에 놓았습니다. 입구쪽에서 보는 책꽂이 뒤쪽에는 이쁜 그림을 하나 붙일 생각이고, 책꽂이 왼쪽 옆으로 나무를 하나 놓을것 같군요. 오른쪽 하얀 벽에는 제가 좋아하는 풍경사진 하나 걸고, 왼쪽 벽면에는 제가 찍은 사진들 걸수있게 조그만 사진벽을 만들 생각입니다. 왼쪽 구석에 있는 테이블은.. 마땅히 놓을곳이 없어서 놓았지만, 장식대 등으로 써도 좋을듯 하군요..

원탁 테이블은 본래 이곳에 올때부터 남겨져 있던건데, 그냥 쓰기로 했습니다. 너무 사무용 분위기가 나지만, 테이블 상판 색을 다른걸로 칠하고 책장에 책들 꽂아놓고 하면 괜찮지 않나 싶습니다. 아니면 로스팅실 내로 가져가 작업대로 쓰던가 할것 같습니다. 활용하기엔 꽤 좋은 넘입니다.

입구로 들어와서 책꽂이 옆에서 안쪽을 바라보면 이렇습니다. 왼쪽 창문 아래 놓인건 간이 이동식 에어컨 입니다. 너무 더워서 빌려왔어요..;; 에어컨을 제대로된것 설치해야 하는데.. 이제 추워질테니 온풍기도 있어야 하겠죠. 180 x 75 작업대와 120 x 75 작업대 2개를 놓아서 커피 타고 마실수 있는 바로 만들었습니다. 나무색 수납장을 하나 구해서 많은 커피 도구들을 넣어놓을 거구요.. 테이블에는 오디오와 그라인더, 포트 등이 올라가서 직접 커피만들고 마시고 하게 됩니다. 오른쪽 구석으로 작은 냉장고가 하나 들어갈 듯 합니다. 왼쪽 하얀 벽쪽으로 스탠드 조명 하나와 세워놓고, 갤러리 처럼 사진 하나 두개 정도 깔끔하게 걸어놓을 예정이죠. 프로젝터 하나 구해서 벽에다 쏘며 영화를 보는것도 괜찮다 생각도 했습니다만, 그건 가끔이고.. 평소에는 액자를 걸어놓을 겁니다. 여전히 마음에 걸리는거 하나는 저 바둑판 바닥이 맘에 안든다는 거죠...ㅠㅠ  바닥공사까지 할 여건은 안되었습니다. ;;

살짝 로스팅실 안쪽을 들여다 봅니다. 유리창으로 된 벽이 있고 입구가 있죠. 본래 저 유리벽에는 블라인드를 달아서 안을 가려볼까 했습니다만, 수납장(책장)을 놓은김에 그냥 저상태 그대로 쓰기로 했습니다. 굳이 안을 가려야 할 필요는 못느껴서요..

로스팅실 안입니다. 왼쪽에 책상은 컴퓨터 놓고 할 제 자리 입니다. 로스팅 안할땐 다른 공부도 할수있음 좋겠죠. 구석에 로스팅기 하나 놓을거구요..  오른쪽 작업대는 작은 로스터기 하나 올리거나, 부르스타 같은 휴대용 가스렌지 올려서 이런 저럭 작업을 하는 용도로 쓸까 합니다. 냄새를 뺄 수 있도록 송풍기와 덕트용 부품은 따로 구입해 놓았습니다. 이제 맞춰서 설치를 해야죠.. 여전히 가장 큰 고민은 로스팅기를 어떤걸 구입할까 하는겁니다. 물론 스펙과 모델은 작년부터 정해놓았습니다만, 메이커 제품들은 워낙 고가고.. 따로 제작을 하려고 해도 고가인건 마찬가지니까요.. 사실 제 취향은 제작하는걸 좋아하해서, 제가 생각한대로 만들어달라고 하고싶지만 어떨지 모르겠습니다.

삭막했던 곳이 그래도 뭔가 채워지면서 조금씩 모습을 갖춰나가고 있습니다. 일주일에 하나씩이라도 뭘 갖다놓으면 매번 모습이 바뀌죠. 천천히.. 그렇지만 첫눈이 오기전에는 로스팅기가 돌아가는걸 보려고 합니다. 

...by 개날연..

글 : 개날라리연구원
그림 : 개날라리연구원
업로드 : 개날라리연구원
발행한곳 : 개날라리연구소

........ - _-y~

  지난 표면(surface)에 관한 글에 이어 표면에너지(surface energy)를 시작합니다. 날이 조금 시원해지긴 했어도 제방은 바람이 안통해서 후끈합니다. ㅠ_ㅠ 그러니 가능한 간단하게. 아주 간단하게 갑시다. - _-

   표면이란 무엇인가를 이야기할때, 최외각층 원자, 최외각 분자층, 그리고 화학반응이 일어나는 층 등 몇가지 관점이 있었습니다. 그렇다면 표면에너지도 과연 그렇게 몇가지로 구분을 해야하나 하는 의문이 생길 수 있겠죠. 하지만 걱정없는 것이 표면에너지는 한가지만 고려해도 됩니다. 바로 '최외각원자' 가 그 주인공입니다. 오늘의 주인공인 이쁘장한 최외각층 원자를 다시한번 자세히 봅시다.

물체의 단면을 잘랐을때, 나란히 배열된 원자들.

   위 그림은 어느 물질을 자른 단면에서 원자들이 어떻게 위치해 있는지 원자 배열을 간략하게 나타낸 것 입니다. 붉은 색으로 표현된것들이 최외각층 원자이고, 밝은 파란색은 내부 원자가 되겠죠. 여기서 최외각층 원자는 내부 원자와 확연히 다른 한가지 차이점이 있습니다. 각각의 내부원자들은 주위 원자들과 결합을 하고 있는데, 'B'로 표기된 내부원자를 보면 상하좌우 모두 4개의 원자와 결합을 하고 있습니다. 그런데 최외각층 원자 'A'를 보면 바로 위에 있어야 할 원자 하나가 없어서 3개의 원자와만 결합을 하고 있습니다. 원자끼리 결합을 하기 위해서는 원자의 종류마다 다르지만 특정한 에너지를 필요로 하며, 우리는 그것을 '결합에너지' 라고 부릅니다. 내부 원자인 B는 원자 1개당 4개까지 결합을 할 수 있는 능력이 있는데, 최외각 원자인 A는 3개만 결합을 하고있고, 1개는 결합을 못하고 있습니다. 이렇게 결합을 하지 못하고 있는 부분을 broken bond(또는 dangling bond) 라고 하는데, broken bond 1개는 원자 1개와 더 결합할 수 있는 여분의 에너지(extra energy)를 갖고있습니다. 이 여분의 에너지는 최외각원자 1개당 1개씩 갖고 있으므로, 물질 전체로 본다면 표면에 존재하는 최외각원자 수 만큼 존재하게 됩니다. 바로 이 원자들의 여분 에너지를 모두 합한 (여분 에너지 x 최외각원자 수)를 흔히 '표면에너지' 라고 부릅니다.

원자 배열이 민망하게 쬐까 다른 경우

   이제는 원자들의 배열이 조금 다른 경우을 한번 살펴봅시다. 위 그림에서 내부원자 'B' 는 좌우로 1개씩, 아래에 대각선 방향으로 좌우 각각 1개씩, 위쪽도 대각선 방향으로 각각 1개씩 결합하고 있습니다. 그래서 1개의 내부 원자는 모두 6개의 주위 원자들과 결합을 하고있죠. 그리고 'A' 라고 표기된 최외각원자를 보면, 위쪽 좌우 대각선 방향으로 결합해 있어야 할 2개의 원자들이 없습니다. 그래서 최외각 원자 1개당  broken bond는 2개가 되고, 여분의 결합에너지도 2배가 됩니다. 단순히 산술적으로만 보면 앞의 최외각원자 1개당 1개의 여분 에너지를 가졌던 것에 비하여 표면에너지가 2배 크다는 이야기가 되는데요, 이것은 아주 중요한 의미를 내포합니다. 똑같은 물질이라도 원자가 결합한 각도나 방향에 따라, 다시 말하면 우리가 어떤 방향에서 보느냐에 따라 표면 에너지가 모두 다르다는 것을 말해주기 때문입니다. '기판의 선택과 세척'( http://marriott.tistory.com/113 ) 이야기를 할 때, Si wafer  종류에 (100), (111) 방향의 특성이 서로 다르기 때문에 원하는 것을 골라써야 한다는 말을 기억하실 겁니다. 바로 이러한 이유 때문에 그렇습니다.

Cubic 결정구조에서 (100), (111), (110) 면. 요즘 그림에 3D 는 기본.
결정구조가 뭐냐고 물으시면, 대답하는데 2개월은 걸립니다.
그러니 묻지마세요 - _- 물어도 대답안함 -_-

    물질을 구성하는 원자들은 각각의 특정한 결정구조를 갖고 있습니다. 그런데 같은 물질이라도 우리가 보는 방향에 따라 원자들의 배열 형태가 달라지기 때문에, 물질을 어느 방향으로 자르냐에 따라 표면에너지가 모두 달라집니다. 그럼 심심하기도 하니 -_ - FCC(Face Centered Cubic) 결정구조에서 (100), (111), (110) 면들의 표면에너지가 얼마나 차이가 나나 한번 비교해 보겠습니다. 먼저 (100) 면의 표면 에너지 입니다. 그런데 정말 어째 무슨 교과서에나 나오는 심심한 내용이 될지도 모르겠군요 -_ -

FCC 결정구조에서 (100)면의 표면 원자배열

오늘 그림이 칼라풀 하지가 않아..

    이제부터 '최외각 원자'를 '표면 원자' 라고 부르도록 하겠습니다. 위 (100)면의 그림에서 표면 원자중 A 원자 하나만 봅시다. 이 원자는 2차원적으로 보게되면 4개의 주변 원자와 결합을 하고 있게 됩니다. 그럼 이걸 3차원으로 확장을 해봅시다. 박막을 만든다는 것은 기존의 표면위에 원자층을 올려서 새로운 표면을 만드는 작업이라고 했습니다. 그래서 저 표면원자들 위에 다른 원자들을 쌓아올리는 거죠. 그런데 원자들은 아무데나 자리할 수 있는게 아니라, 각각의 면 방향에 따라 일정한 규칙성을 가지고 자리를 잡습니다. 바로 원자들과 원자들 사이의 가장 큰 빈 공간에 우선적으로 들어가게 됩니다. 그게 가장 쉽고 안정하니까요. 그래서 A 원자 위쪽 주변 빈 공간에 하나씩 모두 4개의 원자가 들어가게 되고, 그런 이유로 (100)면의 표면원자 하나는 4개의 끊어진 결합에너지(여분 에너지)를 가집니다. 

요롷게.. A 원자 위의 빈 공간에 4개가 살포시 즈려밟는다.

    그런데 여기서 하나 고려해야 할 것이 있습니다. 원자와 원자간의 결합이 끊길때, 결합에너지는 어느 원자 하나가 모두 가져가는 것이 아니라 서로가 반씩 나눠갖게 됩니다. 그래서 원자간의 결합에너지를 ε 라 하면, 결합이 끊어진 후 한쪽 원자가 가진 결합에너지는 ε/2 가 되고, (100)면의 표면 원자 하나당 갖고있는 표면에너지는 (ε/2 x 4) 가 되는 겁니다. 물론 이 값은 대략적인 값입니다. 표면에너지는 가장 표면원자 뿐 아니라 두번째 표면원자, 세번째 표면원자 등도 어느정도 영향을 주게 되는데(표면에너지 #2 참조), 이러한 것들을 고려하지 않았기 때문입니다. 

두 원자 사이의 결합에너지를  ε 라 하면,

결합이 끊어진 뒤,

원자 하나당 1/2 ε의 에너지가 남게됨

   이번에는 FCC 구조에서 최대조밀면이라고 하는 (111)면을 살펴보겠습니다. (111)면의 표면 원자들은 원자 하나에 6개가 둘러싸고 있습니다. 그리고 A 의 표면원자 위로 원자가 들어갈 수 있는 빈 공간은 3개 뿐 입니다. 즉, 원자 하나당 끊어진 결합은 3개가 존재하고, (111)면의 원자 하나당 표면 에너지는 (ε/2 x 3) 이 됩니다. (100)면의 원자보다 에너지가 낮습니다.

FCC에서 (111) 면의 표면 원자 배열

요로코롬.. A 원자 위 빈자리에 3개가 살포시 내려앉는다

   그럼 마지막으로 (110)면을 보겠습니다. 이 면은 다른것들에 비해 층의 모양이 확연하게 구분이 됩니다. 좌우로는 결합해 있지만, 위-아래로는 결합한 것들이 없이 모두 끊어져 있습니다. 그렇다면 이 방향에서는 A 원자 하나가 과연 몇개의 원자와 결합하고, 그 원자들은 어떤 위치에 자리잡고 있을까요. (100), (111) 면도 그렇지만, (110)면에서는 FCC라는 결정이 어떻게 생겼는지 결정구조를 정확히 알지 못하면 원자의 위치를 이해하기가 쉽지 않습니다. FCC 구조를 머리속에서 3차원으로 그려서 빙글빙글 돌릴 수 있어야 하죠. 그러나 비록 위치는 몰라도 몇개인지 알아내는것은 아주 간단합니다. FCC 결정에서 원자들의 위치를 3차원으로 정확히 그려내지 못한다 해도, 결정구조를 배운 사람이라면 FCC의 배위수(원자 하나당 결합하고 있는 원자수)는 12개라는 것은 알고 있을 겁니다. 그것만 알면 됩니다.

이거슨 FCC에서 (110)면 표면 원자 배열

좌우로 하나씩만 결합해 있다. 나머지는?

  자, FCC 결정을 이루고 있는 원자는 어느것이든 12개의 주위 원자와 결합합니다. 앞의 (100)면의 예를 보면, 처음에 A 원자는 4개의 원자와 결합하고 있었습니다. 그럼 12개중 4개는 나왔지요. 나머지 8개가 남았는데 A 원자 위로 4개가 올라갔습니다. 그렇다면 나머지 4개는 A의 반대편 아래쪽으로 결합하고 있을겁니다. 어느 한쪽으로 7개 있고 반대편에 1개 있을수도 있지 않냐는 비대칭 구조는 여기서는 무리입니다.. -_-   (111) 면의 경우도 아주 간단하죠. A 원자 주위로 6개가 보였으니, 나머지 6개가 남았습니다. 그럼 자연스럽게 위쪽에 3개, 아래쪽으로 3개를 예상할 수 있습니다. 그렇다면 마찬가지로 (110)면의 경우에도 적용하면, A 원자 좌우로 하나씩 2개가 결합한게 보이죠. 그럼 남은건 10개겠고, 대칭이 되어야 하니까 A 원자 위쪽으로 5개, A원자 아래쪽으로 5개가 위치할겁니다. 그렇게 비록 위치는 정확히 알 지 못하더라도 몇개가 결합하고 있나 정도는 당연스럽게 파악할 수 있습니다. 그리고 이런 꼼수는 교과서에는 안나옵니다. 학교에서 이렇게 가르쳐주는 경우가 있는지는 모르겠지만, 이건 배우는게 아니라 FCC 몇번 그리다보면 아 이렇구나 하고 그냥 알게되는 부분입니다.. - _-  많은 경우, 학생들이 원자들의 위치를 이해하기 여려워 하는것은 수업중에 단지 FCC(Face Centered Cubic), BCC(Body Centered Cubic), HCP(Hexagonal Close Packed) 라는 결정구조의 unit cell 하나의 모습만 가르쳤기 때문이라 생각합니다. 결정이란 것은 수많은 unit cell의 모임이기 때문에, 그것을 여러개 이어붙인 전체적인 모습으로 이해해야 하는 것이지 그냥 unit cell 하나로 이해할 수가 있는 것이 아니거든요. 어쨌거나 뭐 그렇습니다 -_ -

우햐튼 (110) 면에서는 이렇게 놓인다.

A원자 주위로 먼저 4개가 위치하고 그 한가운데로 1개가 올라감. 5개 모두 A 원자와 닿아있다.

   그래서 어쨌든.. (110)면에서 표면 원자는 5개의 끊어진 결합이 존재하고, 원자 하나당 표면에너지는 (ε/2 x 5) 입니다. 다른 면들의 원자들과 비교해보면 제일 높은 에너지를 갖고있는데, 표면에서 보이는 원자들의 수가 적으면 적을 수록 표면에너지가 높아진다는 것을 알 수 있습니다. FCC가 아닌 BCC나 HCP 로 결정구조가 다르면 같은 면이라도 원자의 위치와 갯수가 다르기 때문에 표면에너지도 달라지게 되겠지요.

   표면에너지란 것은 결국 원자들 간의 결합에너지 입니다. 그래서 원자간의 결합력이 강한 물질일수록 표면에너지가 높은 경향이 있습니다. 이것은 물질의 녹는점(melting point)이 높은 물질일수록 표면에너지가 높다는 것을 말해주죠. 녹는점이 높다는 것은 결합을 끊기가 그만큼 어렵다는 의미입니다. 또한, 표면에너지는 본래는 다른 원자와 결합해야 하는 에너지인데, 결합을 못해서 남아도는 여분의 에너지 입니다. 그런데 모든 물질은 에너지가 낮을수록 안정하기 때문에 표면적을 축소시키거나 표면원자가 대기중의 수분이나 먼지, 기체등과 흡착 하거나 결합하여 에너지를 가능한 낮추려는 성질이 있습니다. 이런 표면에너지의 존재는 애써서 금방 닦은 표면이 오염되거나, 금속 표면이 쉽게 부식되는 이유이기도 하며, 스퍼터링시 기판표면에 박막을 입힐 수 있는 이유 중 하나이기도 합니다. 우리는 수많은 물질의 표면 특성을 제어하기 위해 엄청난 노력과 비용을 들이고 있습니다. 닦고, 기름치고, 계면활성제를 바르고, 코팅하고, 산화막을 입히거나 제거하고, 박막을 입히는 등.. 그렇게 표면 특성을 제어한다는 것은 바로 표면에너지와의 싸움입니다.

* 위 방법으로 계산된 표면에너지는 단일원소로 이루어진 순금속의 최외각층의 원자만 고려한 것입니다. 만약 이온결합 물질이라면 각 방향의 전기적인력이 미치는 거리까지를 모두 계산해야 하기 때문에 복잡해집니다. 

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...by 개날연..

어째 오늘 내용은 무슨 재미없는 강의시간 같군요 -_ -

앞으로 이런식의 이야기 전개는 피해야 하겠습니다. - _-

바다가서 비키니도 한번 못봤는데 여름이 끝나고 있습니다..;ㅁ;

글 : 개날라리연구원
그림 : 개날라리연구원
업로드 : 개날라리연구원
발행한곳 : 개날라리연구소

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   박막의 성장과 미세구조를 끝내고 이제 '박막의 특성과 측정'의 새로운 카테고리로 접어들었습니다. 박막의 특성(물성)이란 것은 사실 너무 포괄적이고 광범위해서 정의하기가 쉽지 않습니다. 광학박막을 하는 사람은 당연히 광학적 특성에 중점을 둘 것이고, 전자기박막이면 당연히 전기적 특성에 중점을 두게 될 겁니다. 모두가 자신이 원하는 특성에 맞춰 박막을 제조하게 되죠. 그런데 대부분의 경우에 그 특성들은 모두 좋아지거나 모두 나빠지거나 하질않고, 어느것이 좋아지면 다른 어느 하나는 나빠지는 trade-off 관계가 나타납니다. 결국은 내가 원하는 특성을 가능한 살리지만 또 다른 어느것은 적당히 손해보는 타협점을 찾게되는 경우가 많지요. 만약 전혀 원치 않는 특성을 가진 박막이 나왔다면, 한마디로 불량이 나온것과 같습니다. 물론 그것을 다른곳에 알맞게 응용할 수 있겠지만, 그것과는 별개의 문제로 봅시다. 그렇게 원하는 특성이 제대로 나왔는지는 정확한 측정과 분석에 의해 판단하게 되는데, 측정과 분석은 박막을 만드는것 만큼이나 중요합니다. 하지만 이것들은 결코 글로 배우는것이 아닙니다. -_ - 박막을 만드는것과 마찬가지로 직접 해보고 시행오차를 겪으면서, 시편과 장비가 가진 특성을 파악하고, 본인이 가진 지식과 이론을 총 동원해서 데이터를 정확하고 정밀하게 얻고 분석해야 합니다. 한마디로  데이터 정확도는 지식과 경험에 비례합니다. 비록 많은 책들에서 여러 측정법들을 나열하며 설명하고 있지만, 단순히 기본적인 원리만 말해줄 수 밖에 없는 이유도 여기에 있습니다. 그래서 지금부터는 가장 대표적으로 사용되는 측정방법 몇가지에 대해서, 어떤 박막의 특징은 이것이니 측정법은 이걸 써라- 라고 한마디로 말하는 것이 아니라, 어떤 특성을 측정하려면 이러이러한 방법들이 있는데 고려하면 좋은것들은 어떤것이 있는지 실험실에서 흔히 사용할 수 있는 기본적인 방법들을 이야기 해보고자 합니다.

   그런데 먼저 여기서 표면(surface)이라는 개념을 알고가야 할 듯 합니다. 어쩌면 박막을 하는데 있어서 당연하게 알고 있어야할 부분입니다만, 생각외로 표면이 얼마나 중요한지 알지 못하는 분들이 있길래 간단하게 다뤄볼까 합니다. 그러면, 과연 무엇을 표면이라고 하냐의 문제부터 알아봅시다. 기존에 '박막 두께의 결정'( http://marriott.tistory.com/134 ) 에서 과연 어디를 두께로 정해야 하는지 쉽지 않다는 이야기를 했었습니다. 표면도 마찬가지 문제가 있습니다. 과연 어디를 표면이라고 할 것인가 하는거죠. 먼저 우리가 표면이라고 부르는 것들은 보통 고체나 액체상태를 유지하며, 다른 상(phase)과 경계를 형성하며 노출이 되어있는 부분입니다. 예를 들어 고체가 기체와 닿아있을때, 혹은 액체가 기체와 닿아있을때 그 경계면을 말하게 되는데, 이것을 자유표면(Free Surface)이라 부르기도 합니다. 우리는 박막을 이야기 하고있으니 액체가 아닌 고체와 기체의 경계를 기준으로 보면 되겠습니다. 그리고 바로 이 고체와 기체의 경계에서 우리가 표면이라고 부르는 곳은, 이론적으로 그 고체의 가장 '최외각층 원자' 를 말합니다.

흔히 이론적으로 말하는 표면인 최외각층 원자.

   그런데 최외각층 원자들만을 표면으로 정의하면 약간 곤란한 문제가 발생하게 됩니다. 물질이 단일원소로 이루어진 순금속이라면 상관없습니다만, 대부분의 물질들은 분자상태인 화합물입니다. 물질을 구성하고 있는 기본이 분자상태라면 그 분자층을 표면이라고 해야지, 그중 원자 하나만을 물질의 표면이라고 말하기가 어렵습니다. 화합물의 특성은 분자상태에서 나타나기 때문이죠. 그뿐만이 아닙니다. 우리가 표면처리를 한답시고 어떠한 반응을 일으키게 되면, 현실적으로 최외각원자들만 반응이 되질 않습니다. 수개~수십개의 원자층을 뚫고 반응시켜 버리게 되죠. 하다못해 대기중의 산소와 반응하여 산화막을 형성시키는 자연산화도 마찬가지입니다. 산소가 내부로 침투해서 몇 nm 의 두께로 산화막을 형성하곤 합니다. 이러다 보니 최외각층 하나만 표면이라고 말하기가 곤란해 졌습니다. 그래서 표면이란 것은 이론적으로야 최외각층 원자가 되지만, 실제적으로는 그 재료의 특성이 나타날 수 있는 최소두께로 보기도 합니다. 이 두께는 재료에 따라 달라지지만 보통은 수 nm 를 넘지 않고있습니다.  

화합물일때엔 분자층이어야 하지 않겠는가.

실제적으로 보면 표면반응은 어느정도 두께를 가지고 나타난다.

어째 오늘 그림 날로먹는거 같지않은가. 의지가 부족한듯-_-

   여기서 예기치 못한 문제가 또하나 있습니다. 예를 들어 기판표면에 약 30Å 의 박막을 입혔다고 해봅시다. 실질적인 표면은 화학반응이 일어나는 두께를 말한다고 했기 때문에 30Å 전체가 표면이라고 할 수 있는 두께입니다. 기껏해야 원자 10여개 정도의 두께이므로 이 상태에서는 표면은 사실상 '박막' 자체가 됩니다. 그런데 현실상 그럴일은 특별한 몇몇 경우를 제외하면 일어나지 않겠지만, 만약 기판과 박막을 분리시켜 버리면 어떻게 될까요. 기판이야 본래 두께가 충분하기 때문에 상관이 없지만, 30Å 의 얇은 두께로 따로 떨어져나온 박막은 대체 어디서부터 어디까지가 표면이라 해야할지 난감해 집니다. 반응이 일어나는 곳까지 표면이라 한다면 이것은 내부란 것이 존재하지않고 속까지 모두 표면이 되어버리기 때문입니다. 그래서 이정도로 얇은 물질인 경우에는 다시 최외각원자 혹은 최외각 분자 한층 만을 표면이라 말하게 되죠. 즉, 두께의 기준과 마찬가지로 어디를 표면이라 볼 것인지는 같은 재료라도 경우에 따라 달라질 수 있고, 우리가 다루고 측정하기 용이하도록 편의에 의해 바뀔수가 있습니다. 단, 처음부터 어떻게 할것이다 하는 기준을 정하고 가야하는 것이지 중간중간 계속 바꾸면 곤란합니다. 

두께가 워낙 얇은 박막은 박막두께 전체가 실제적으로 표면이 될 수 있다

        문제는, 그 얇은 박막을 기판과 분리하게 되면, 그 박막은 전체가 표면인가-_ -

버틀란트 러셀의 도서관 사서 일화가 생각나는 경우.

   표면이 차지하는 중요성은 절대적입니다. 우리가 무엇을 보든, 우리는 그 물질의 표면을 볼 수 있을 뿐, 내부를 볼 수는 없습니다. 우리가 무엇을 만지든, 그 표면을 만질 수 있을뿐, 내부를 만져볼 수는 없습니다. 물질과 물질사이의 반응도 표면과 표면이 반응을 하지 내부와 내부가 반응하는 일은 없습니다. 혹시 시편의 속을 관찰하기 위해 시편을 반으로 잘라 내부를 현미경으로 들여다 보고 속은 이렇게 생겼으니 내부를 관찰한거 아니냐 라고 생각하실지 모르겠습니다. 그러나 시편을 반으로 자르는 그 순간, 그곳은 공기와 접촉하게 되고 표면으로 변해버립니다. 그래서 우리가 언제나 다루고, 만지고, 보고, 측정하고 하는것은 표면이 됩니다. 투과전자현미경(TEM) 처럼 내부를 관찰 가능한 경우가 있지만, 그것도 관찰을 위해서는 시편을 표면만큼이나 대단히 얇게 만들어야 한다는 제한이 있습니다.

물질을 자르면, 그 부분은 새로운 표면이 된다. 

그래서 작게 자르면 자를수록 표면이 차지하는 면적은 급격히 증가한다. 

작은 물질일수록 반응이 잘 일어나는 이유.

   표면이 단순히 물질의 겉을 말하는 것이고, 측정할때 관측대상 정도로만 생각하면 안됩니다. 우리가 박막을 입힌다는 것은 기판의 표면에 원자를 한층 한층 올려가며 새로운 표면을 만드는 작업입니다. 마찬가지로 식각(에칭)도 이미 존재하는 표면을 한층 한층 깎아내어 역시 새로운 표면을 끄집어 내는 작업입니다. 스퍼터링에서는 이 두가지가 동시에 일어납니다. 타겟을 깎아내며 계속 새로운 표면을 끄집어내고, 기판에서는 타겟물질이 쌓이면서 계속 새로운 표면을 만들어 냅니다. 그래서 표면은 박막의 시작이자 끝 입니다.

다음편 표면에너지로 to be continued...
 

표면에너지(surface energy)까지 한번에 가려고 했습니다만,
내용을 구분하는게 보기 좋을듯 해서 짧게 2개로 갑니다. -_-

대신 다음편 금방 올라갈 거예요 - _-

아파서 그렇다는 핑계는 하도 해서 더이상 못하겠...ㅠㅠ

...by 개날연..

여름에 아무데도 못가고-_-

내일 어디 바람이라도 쐬려했더니 비가 왕창 와준다네 -_-

집에서..빈대떡은 없고, 핫케잌가루 사다 핫케잌이라도 해먹어야겠어요 ;ㅁ;

글 : 개날라리연구원
그림 : 개날라리연구원
업로드 : 개날라리연구원
발행한곳 : 개날라리연구소

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