신소재공학실험 | 진공 및 박막 실험

 

 

 

진공의 이용

현재 전구나 각종 진공관을 비롯하여, 진공 속에서 물질을 증발시켜 그 속에 놓아 둔 물체 표면에 균일한 막을 입히는 진공증착법(眞空蒸着法)이 개발되어 렌즈의 반사방 지막이나 반사경 제조 등 광학공업에 획기적인 기술상 진보를 가져왔다. 또 진공 상태의 물질은 가열하지 않아도 잘 건조되므로, 혈액 보존을 비롯하여 페니 실린 등 고온으로 가열하면 효력을 잃어버리는 약품 농축 등에도 진공기술을 응용하 고 있으며, 비타민을 파괴하지 않고도 식품을 건조시키는 기술도 개발되어 임상의학· 약품공업·식품공업에 크게 이바지하고 있다.

 

 

진공의 측정

진공의 정도는 일반적으로 진공 용기속에 남아 있는 기체의 압력으로 표현되는데 우 선 압력을 직접 측정하는 경우와 기체가 지닌 다른 물리적 특성을 이용하여 간접적으 로 측정하는 방법이 있는데 민감도가 후자의 경우가 더 좋으므로 대부분의 진공 게이 지 즉 압력계는 기체가 가진 열 또는 전기적 특성을 이용하고 있다. 이들 물리량은 나중에 보정과정을 통하여 압력으로 변환된다. 하지만 이러한 물리적 특성이 기체마다 다르므로 대부분의 경우 질소에 대한 압력으 로 눈금이 보정되어 있다. 따라서 종류가 다른 기체를 사용하거나 혼합된 기체를 사용할 때는 따로 보정값을 찾 아 그 기체의 압력으로 변환하든지 하여야 올바른 기압을 측정할 수 있다.

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실험 방법

1. Slide Glass 세척

1) 초음파 세척기에 깨끗한 물을 3분의2정도 채운다음 온도는 40도 정도로 Slide glass를 세척한다.

 

2) 알콜로 10분간 초음파 세척기에 Slide glass를 세척한다

 

3) 아세톤으로 10분간 초음파 세척기에 Slide glass를 세척한다.

 

4) 증류수로 10분간 초음파 세척기에 Slide glass를 세척한다.

 

5) 질소가스로 물기를 빠른시간에 완전히 Slide glass를 말린다.(*Slide glass를 옮길때는 핀셋으로 잡고 옮긴다.) → 실험 시 세척되어 있으므로 생략한다.

 

2. 박막 제작

1) 회전 펌프와 확산 펌프 각각의 냉각수 관을 연결한다.

 

2) 진공 장치의 주 스위치와 로터리 스위치를 켜고 로터리의 플러그를 꽂아 진공조 내부를 진공시킨다.(공기 누출 밸브가 반드시 잠긴 상태이어야 하고 소요시간은 20～30분)

 

3) 가이슬러 게이지를 통해서 진공도를 측정한다.(압력이 낮아진 후 0.001Torr가 안된 상태에서는 가이슬러 게이지가 보라색이 되 었다가 압력이 더 낮아지면 전혀 색이 보이지 않게 됨)

 

4) 저진공 과정이 끝나면 확산 스위치를 올려 오일확산 펌프의 아래에 붙어 있는 히 터를 30분 정도 가열시킨 후 냉각수 관에 물을 흘려 보내 조금씩 냉각시킴 (펌프가 매우 뜨거우므로 손을 직접 갖다 대지 않도록 함)

 

5) 30분 정도의 가열이 끝나면, two way valve를 아래로 꺽어 내린다.

 

6) 3～5분 정도가 지난 후 주 밸브를 천천히 열어 고진공을 시작한다.(고진공이란 회전오일 펌프와 오일확산 펌프를 병행해서 진공시키는 과정을 말하 며 40～150분 정도 진공시키면 10^-5～10^-6Torr정도의 고진공이 됨)

 

7) 진공 장치를 멈추려면 위 과정을 역순으로 하면 되며 확산부분은 1～2시간 정도 확산 스위치를 끈 상태에서 배기시켜주고 아울러 확산 펌프내의 오일일 엉켜 붙지 않게 하기 위해서는 계속 냉각시킨다.

 

8) 증발원으로 몰리브덴 보트를 사용한다.

 

9) 챔버 내에 몰리브덴 보트를 설치하고 알루미늄, TiO₂등의 물질을 몰리브덴 보트 위에 놓는다.

 

10) 세척한 슬라이드 글라스를 설치하고 챔버를 닫는다.

 

11) 고진공 상태가 만들어지면 전류 스위치를 올리고 전류 조절장치를 이용하여 전 류를 천천히 올려 증착물질을 예열한다. 전류를 갑자기 올리면 몰리브덴 보트가 끊어지거나 증착물질이 튀어나가므로 주의해야 한다.

 

12) 예열이 끝난 후 전류를 조금씩 올려 증착 물질을 녹인 다음 셔터를 열고 일정한 증착 속도로 증착 물질을 날린다.

 

13) 증착이 끝난 후 셔터를 닫고 천천히 전류를 내린다.

 

14) 전류를 다 내린 후 foreline 밸브를 닫고 diffusion 스위치를 내린 후 진공상태를 유지시킨다.

 

15) Diffusion 펌프가 식은 후 장비를 끄고 공기를 주입시킨후 챔버를 연다.

 

16) 챔버를 열어 슬라이드 글라스를 꺼낸다.

 

3. 박막 측정

1) 수은등, 필터, 현미경, 빔스플리터를 설치하고 관찰할 박막을 현미경 위에 놓는다.

 

2) 현미경으로 간섭무늬를 찾는다.

 

3) 박막형성기를 만들고 스텝의 간격에 맞춰 유동현미경으로 거리를 읽는다.

 

4) 공식에 대입해 길이를 구한다.

 

 

[신소재공학실험]진공 및 박막 실험 레포트