다이아몬드 필름의 특성 및 응용 분야

비정질 카본 블랙, 흑연, 탄소 - 60 (C60), 다이아몬드 형태의 탄소는 흑연이 6 개의 탄소 원자와 sp2 결합으로 구성되어 벌집 모양의 6 원자 고리를 형성하고, 많은 6 원자 고리가 층으로 연결된 다음 층과 층이 연결되어 흑연 결정의 층 구조를 형성하고, 탄소 - 60 (C60)은 60 개의 탄소 원자로 구성되어 결정의 구형 구조를 형성하는 4 동위원소 존재; 다이아몬드 의 결정 구조에서 다이아몬드의 결정 구조에서 각 탄소 원자는 공유 단일 결합을 형성하기 위해 4 개의 탄소 원자와 공유 결합 하이브리드화 궤도입니다. 4 개의 탄소 원자는 사면체 원뿔 각도 상단에 배열되고 인접한 4 개의 사면체에 대한 사면체의 각 상단 모서리는 공통적입니다. 이성질체는 구조가 다르기 때문에 완전히 다른 특성을 갖습니다.

1952년에서 1953년 사이에 미국의 에버솔은 순환 반응법을 사용하여 600~1000°C, 10~100 Pa의 가스 압력에서 탄소 함유 가스를 분해하여 다이아몬드 종자 결정에 다이아몬드를 성장시킴으로써 낮은 가스 압력 조건에서 다이아몬드를 제조할 수 있음을 처음으로 확인했습니다. 이러한 주기적 고온 열분해법은 다이아몬드를 기판으로 사용하는 경우가 많으며, 다이아몬드는 균질한 에피택셜 성장에 속하고 주기적 공정과 결합하여 다이아몬드의 증착 속도(~1nm/h)가 감소하므로 매우 불만족스러워 1955년 미국 GE(General Electric Company)가 처음으로 고온고압법(HTHP)을 사용하여 인공 다이아몬드를 제조했습니다. 경도와 내마모성으로 인해 합성 다이아몬드는 기계 부품 연마 또는 가공, 광학 재료 연삭 등 산업 분야에서 광범위하게 사용되고 있습니다. 그러나 고온고압법(HTHP)은 장비가 까다롭고 비용이 높으며 제조된 인공 다이아몬드는 나노미터에서 밀리미터 크기의 작은 단결정 입자로 기존의 방법으로는 단조, 가공, 성형이 불가능하고 필름 형태의 다이아몬드로 만들 수 없어 높은 경도 특성만 활용할 수 있어 다이아몬드의 우수한 특성을 개발하고 활용하는 데 제한이 있다는 큰 단점도 있습니다. 다이아몬드의 우수한 물성을 개발 및 활용하는 데 한계가 있습니다.

1968년 앵거스 등은 저온 저압 화학 기상 증착(CVD)을 사용하여 천연 다이아몬드 위에 다이아몬드 필름을 제조하고 증착 과정에서 수소 원자의 존재가 다이아몬드보다 흑연을 우선적으로 에칭한다는 사실을 처음으로 발견했으며, 1982년 마쓰모토 등은 뜨거운 와이어(~2000°C)를 사용하여 화학 기상 증착(CVD) 다이아몬드 필름 기술을 획기적으로 발전시켰습니다. 2000°C)를 사용하여 고온 필라멘트 근처에서 수소와 탄소 화합물을 활성화하여 다이아몬드를 고온 필라멘트에서 10mm 떨어진 비 다이아몬드 기판에 증착할 수 있게 되었습니다. 다이아몬드를 증착하는 동안 흑연이 수소 원자에 의해 에칭되므로 순환 반응법에서 필요한 증착과 에칭을 번갈아 하는 과정을 생략하여 다이아몬드 막의 성장 속도를 높이고 비 다이아몬드 기판의 다이아몬드 막 품질도 개선할 수 있습니다. 그 이후로 다양한 CVD 다이아몬드 박막 준비 기술이 등장하고 개선 및 완성되었습니다. 다이아몬드 박막의 성장 과정에서 원자 수소의 역할도 점차 인식되고 있습니다. 다이아몬드의 성장 속도도 점차 산업 표준의 요구 사항에 근접하고 있습니다. 화학 기상 증착(CVD) 외에도 물리적 기상 증착(PVD)으로도 다이아몬드 필름을 증착할 수 있습니다.