KR101004061B1 - 대기압 플라즈마 ｃｖｄ 장치용 반응기와 이를 이용한 박막형성방법 - Google Patents

대기압 플라즈마 ｃｖｄ 장치용 반응기와 이를 이용한 박막형성방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 대기압 플라즈마 CVD 장치의 반응기에 관한 것으로, 금속을 포함하는 화합물 가스(전구체)와 반응 가스를 분리하여 기판에 공급함으로써, 종래 플라즈마 반응기 내에서의 기상상태 반응에 의한 분진물 생성과 플라즈마 생성용 전극의 오염을 줄이고 최대한 기판 가까이에서 전구체와 플라즈마로부터 형성된 반응가스의 반응을 유도할 수 있는 반응기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 대기압 플라즈마 반응기를 이용하여 TiO2 박막을 형성할 경우, 200℃의 저온에서도 아나타제 결정상 구조를 갖고 우수한 광촉매 특성을 나타내는 이산화티탄 박막을 제조할 수 있다.
대기압 플라즈마 화학기상증착

Description

대기압 플라즈마 ＣＶＤ 장치용 반응기와 이를 이용한 박막 형성방법 {A REACTOR FOR AN ATMOSPHERIC PLASMA CVD APPARATUS AND A METHOD FOR FORMING THIN LAYER USING THE SAME}
본 발명은 대기압 플라즈마 CVD 장치용 반응기와 이 반응기를 이용한 이산화티탄 박막 형성방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 반응기에 있어서 가스(전구체)를 플라즈마 반응가스와 분리하여 공급하는 방식을 채용함으로써, 플라즈마 생성용 전극의 오염을 줄이고 형성되는 박막 상에 분진물이 형성되는 것을 억제할 수 있는 대기압 플라즈마 반응기 및 이를 이용한 이산화티탄 박막 형성 방법에 관한 것이다.
화학기상증착(CVD, Chemical Vapor Deposition)법은, 가스상태의 화합물을 가열된 기판 표면에서 반응시켜 생성물을 기판 표면에 증착시키는 방법으로서, 물리기상증착(PVD, Physical Vapor Deposition)법과 함께 박막을 형성하는 대표적인 방법이며, PVD에 비해 증착시 고속입자의 기여가 적기 때문에 기판 표면의 손상이 적은 이점 등이 이점이 있어 현재 상업적으로 이용되는 박막제조기술로 가장 많이 활용되고 있는 방법이다.
CVD의 화학반응을 위한 활성방법으로는, 열 또는 플라즈마을 이용하는 것이 일반적이며, 레이저, 아크, UV 등도 특별한 어플리케이션에 사용되고 있다. 이중 플라즈마 CVD는 프로세스의 저온화에 유리한데 고속전자를 통해 반응가스를 플라즈마 상태로 만듦으로써 반응을 촉진하여 열 CVD에 비해 공정 온도를 크게 낮출 수 있다.
한편, CVD는 주로 저압 또는 초저압 등의 진공상태에서 행하는 것이 일반적인데, 이 방법에 의하면 진공 챔버에 코팅할 모재를 공급하고 처리하는 과정이 매우 복잡해지기 때문에 연속적인 박막 형성이 매우 어려울 뿐 아니라 공정 및 장치의 복잡화에 따른 제조원가도 높은 단점이 있다. 이에 비해, 대기압 CVD의 경우, 진공을 기초로 하지 않기 때문에, 연속적으로 박막을 형성함에 있어 상대적으로 이점이 있다.
그런데 종래 알려진 대기압 CVD 장치의 반응기의 경우, 박막을 형성하는 전구체와 반응가스가 기상상태 반응하기 쉬운 구조로 되어 있기 때문에 기상상태 반응에 의한 분진물의 형성으로 박막의 품질이 저하되고 또한 플라즈마 생성용 전극이 쉽게 오염되어 메인터넌스 비용이 많이 드는 문제점이 있다.
이산화티탄(TiO2) 박막은 자외선에 의해서 환경학적 난분해성 물질을 분해할 수 있는 광촉매의 성질과 물과의 접촉각이 거의 0°에 가까운 특성(초친수성)을 갖고 있어서 많은 응용이 기대되는 물질이다. 이러한 이산화티탄 박막을 기판에 열에너지의 영향을 최소화할 수 있는 저온에서 대량 생산하기 위해서는 대기압 CVD를 적용할 필요가 있다.
한편, 한국 특허등록공보 제10-772493호에는 순환유동층 반응기에 지지체 입자를 충전하고 상기 입자의 순환속도를 일정하게 유지한 후, 순환유동층 반응기에 이산화티탄 전구체 및 반응기체를 주입하고 플라즈마를 발생시킴으로써 상기 지지체 표면에 이산화티탄 박막을 화학증착시키는 방법이 개시되어 있다. 이 방법은 후열처리 없이 대기압 증착만으로 아나타제 결정상을 제조할 수 있는 장점이 있으나, 입자 형상의 지지체에만 적용할 수 있는 제한이 있고, 반응기에 이산화티탄 전구체와 반응기체가 동시제 주입되기 때문에 기상반응에 의한 반응물의 형성으로 인해 증착효율이 떨어지는 문제점을 여전히 갖고 있는 한계가 있다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 대기압 화학기상증착을 할 때, 플라즈마 생성용 전극이 오염되고 박막 상에 분진물이 생성되는 것을 막을 수 있는 대기압 플라즈마 CVD 장치의 반응기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 200℃ 정도의 저온에서도 아나타제 결정상을 가지는 이산화티탄 박막을 형성할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 대기압 플라즈마 CVD 장치용 반응기로서, 플라즈마 생성용 전극과, 전구체 공급장치로부터 박막을 형성하는 전구체를 공급받아 기판에 배출하는 전구체 분사부와, 상기 전구체 분사부와 분리되어 그 일측에 배치되며, 반응가스 공급장치로부터 반응가스를 공급받아 상기 플라즈마 생성용 전극을 통과시켜 형성된 플라즈마 반응가스를 기판에 배출하는 플라즈마 반응가스 분사부를 포함하고, 상기 플라즈마 반응가스 분사부의 배출구는 상기 전구체 분사부의 배출구로부터 이격된 위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반응기를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 '전구체 분사부와 분리'된다는 것은 전구체 분사부와 플라즈마 반응가스 분사부가 물리적으로 분리되어 있는 것은 물론, 전구체 분사부에 공급되는 전구체와 플라즈마 반응가스 분사부에 공급되는 반응가스가 상호 격 리되어 혼합되지 않는 상태에 있는 것을 포함하는 의미로 사용한다.
또한, 본 발명에 따른 반응기는, 상기 전구체 분사부를 가열할 수 있는 가열수단을 추가로 구비할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 반응기에 있어서, 상기 전구체 분사부 및 플라즈마 반응가스 분사부의 내부에는 가스 분포를 균일하게 하기 위한 수단이 구비되어 있을 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 다수의 구슬을 충전함으로써 가스 분포를 균일하게 하였다.
또한, 본 발명에 따른 반응기에는 반응기를 냉각시킬 수 있는 냉각수단을 추가로 구비할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 반응기를 포함하는 화학기상증착 장치로서, 상기 전구체 공급장치의 소스 챔버와 캐리어 가스 공급장치를 연결하는 배관에는 소스 챔버로부터 캐리어 가스 공급장치로 전구체 가스가 역류하는 것을 방지하는 역류방지 밸브가 형성되어 있을 수 있다.
또한, 본 발명은 대기압 플라즈마 화학기상증착법을 통해 이산화티탄 또는 이산화티탄 함유 박막을 형성하는 방법으로서, 화학적 반응을 통해 박막을 형성하는 티타늄 전구체와 산소 플라즈마 가스를 분리하여 소정거리 이격된 위치에서 기판에 배출시키는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.
또한, 상기 화학기상증착법에 있어서, 상기 기판의 가열온도는 250℃ 이하로 하며, 보다 바람직하게는 200℃이하로 한다.
본 발명에 따른 대기압 플라즈마 CVD 장치용 반응기는, 전구체를 배출하는 전구체 분사부와 플라즈마 반응가스를 배출하는 플라즈마 반응가스 분사부가 상호 분리되어 있기 때문에, 종래의 반응기에 비해 전구체가 기판에 흡착된 후에 플라즈마 반응가스와 접촉하도록 하는 비율을 높일 수 있어, 전구체와 플라즈마 반응가스의 기상반응에 의한 분진물 생성이나 플라즈마 생성용 전극의 오염을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이산화티탄 박막의 형성방법에 의하면, 기판에의 열 영향이 거의 없는 200℃의 낮은 기판 온도로도 결정화된 아나타제 이산화티탄 박막을 얻을 수 있어, 다양한 분야의 소자제작에 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위해 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함하는 의미이다. 그리고 "포함한다"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및 /또는 성분을 구체화하며 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외하는 것은 아니다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 대기압 플라즈마 CVD 장치의 반응기와 이 반응기를 이용하여 박막을 제조하는 방법에 대해 상세하게 설명하지만 본 발명이 하기의 실시예에 제한되는 것은 아니다. 따라서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변경할 수 있음은 자명하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 대기압 플라즈마 CVD 장치의 개략도이고, 도 2는 상기 장치에 사용된 반응기의 평면도이고, 도 3은 상기 장치에 사용된 반응기의 측면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 반응기를 사용한 대기압 플라즈마 CVD 장치(10)는, 크게 핫플레이트(100), 반응기(200), 전구체가스를 공급하기 위한 전구체공급장치(300) 및 반응가스를 공급하기 위한 반응가스공급장치(400), 플라즈마 생성용 전원장치(500)로 이루어진다.
상기 핫플레이트(100)는 박막을 형성하고자 하는 기판을 가열하기 위한 것으로, 본 발명의 실시예에서는 150 ~ 300℃까지 가열할 수 있는 통상의 핫플레이트를 사용하였다.
상기 반응기(200)는, 도 1 내지 3에 도시된 바와 같이, 기판에 반응 전구체를 공급하는 전구체 분사부(210)와, 상기 전구체 분사부(210)에 대향되게 일 측에 배치되는 플라즈마 생성용 전극(220)과, 상기 전구체 분사부(210) 및 플라즈마 생성용 전극(220)의 상부에 배치되어 있는 플라즈마 반응가스 분사부(230)와, 이들 구성을 냉각시키는 냉각수단(240)과, 이들 구성들을 커버하는 직육면체 형상의 하우징(250)으로 이루어져 있다.
이중 전구체 분사부(210)는 내부에 공간에 형성된 직육면체 형상을 이루고 기판을 향하는 하면에는 기체 상태의 전구체를 배출할 수 있는 배출구(211)가 형성되어 있고, 상기 전구체 분사부(210)의 내부 공간에는 다수의 실리카(SiO2) 구슬이 충전되어 있어, 배출구(211)를 통해 전구체가 균일하게 배출될 수 있도록 되어 있다. 또한 상기 전구체 분사부(210)의 내부 또는 외부에는 전기저항을 이용한 발열수단(미도시)을 배치하여 전구체가 응축되지 않도록 가열할 수 있도록 되어 있다.
또한, 상기 플라즈마 생성용 전극(220)은 상기 전구체 분사부(210)와 소정 간격을 두고 대향되게 상기 플라즈마 반응가스 분사부(230) 내부의 하부에 배치되어 있으며, 상기 플라즈마 생성용 전원장치(500)로부터 전원을 공급받아 글로우 방전을 하도록 되어 있다.
또한, 상기 플라즈마 반응가스 분사부(230)는 내부에 공간이 형성되어 있는 직육면체 형태로 되어 있으며, 공간의 하부에는 상기 플라즈마 생성용 전극(220)이 배치되어 있고 상부에는 상기 전구체 분사부(210)와 마찬가지로 실리카(SiO2) 구슬이 충전되어 있어 균일하게 가스가 공급될 수 있도록 되어 있다. 플라즈마 반응가스 분사부(230)의 상측으로 공급된 반응가스는 하부에 배치된 플라즈마 생성용 전극(220)을 통과하여 플라즈마 상태가 된 후, 기판으로 배출되도록 되어 있다. 상기 플라즈마 반응가스 분사부(230)의 배출구는 도 1에 도시된 바와 같이, 전구체 분사부(210)의 배출구(211)로부터 소정 거리 이격된 위치에 형성되어 있다.
또한, 상기 냉각수단(240)은 상기 하우징(250) 상면의 일 측으로 들어가서 상기 플라즈마 생성용 전극(220)과 접하여 타 측으로 나오는 냉각관(미도시)으로 이루어져 있으며, 외부에서 공급되는 물 등의 냉각매체를 통해 플라즈마 생성용 전극(220)이 과열되는 것을 방지하도록 되어 있다.
상기 전구체 공급장치(300)는 전구체로 사용할 물질의 증기를 발생시킬 수 있는 공지의 버블러 타입의 용기(310)와, 이 전구체를 가열하여 기체화시키는 가열장치(320)와, 상기 용기(310)와 전구체 분사부(210)를 연결하는 전구체 공급관(330)과, 전구체를 전달할 캐리어가스의 공급량을 조절하는 장치(340)와, 전구체의 공급과 차단을 조절하는 조절밸브(350)와, 상기 용기(310)에서 발생된 전구체 가스가 전구체 분사부(210)의 반대방향으로 역류하는 것을 방지하기 위한 역류방지밸브(360)로 이루어져 있으며, 상기 전구체 공급관(330)의 외주부에는 전구체의 공급과정에서 온도의 저하로 전구체 가스가 응축되지 않도록 공급관(330)을 가열할 수 있는 열선(370)이 감겨져 있다.
상기 가스공급장치(400)는 CVD에 필요한 반응가스를 소정 압력으로 유지한 가스통(410)과, 가스통에서 플라즈마 반응가스 분사부(230)까지 연결하는 가스공급관(420)과, 가스의 공급과 차단을 조절하기 위한 밸브(430)로 이루어져 있다.
이하에서는 상기한 대기압 플라즈마 CVD 장치를 통해 TiO2 박막을 형성하는 방법을 설명한다.
[실시예]
본 발명의 실시예에서는 기판으로서 2×2cm의 P-type 실리콘 기판을 사용하였으며, 이 기판을 핫플레이트에 올려놓은 후, 기판 가열온도를 100 ~ 300℃로 조절하였다.
이산화티탄(TiO2)을 증착하기 위한 소스 가스로는 금속유기 전구체인 TTIP(Titanium Tetraisopropoxide, Ti(OC3H7)4)를 사용하였다. 이 TTIP를 대기압 플라즈마 반응기 내부로 주입하기 위해 먼저 가열장치(320)를 이용하여 60℃까지 가열함으로써 TTIP를 기화시킨다. 그리고 기화된 TTIP는 외부에서 주입되는 Ar가스를 전달체(carrier)로 하여 전구체 분사부(210) 내부로 이동시킨다. 그리고 전달체인 Ar의 유량은 150 ~ 200sccm으로 하는 것이 바람직한데 본 발명의 실시예에서는 200sccm으로 하였다.
한편 TTIP가 용기(310)로부터 배출될 때 응축되는 것을 막기 위해 가열장치를 사용하여 공급관(330)의 온도를 80℃로 유지하였다. 이러한 과정을 통해 기화된 TTIP는 도 1의 전구체 분사부(210) 내부를 통하여 실리콘 기판의 표면으로 배출된다. 이때 전구체 분사부(210) 내부에서 TTIP가 응축되는 것을 막기 위해 가열수단을 통해 전구체 분사부(210)의 내부를 80℃로 유지하였다. 전구체 분사부(210)로부터 실리콘 기판으로 배출된 TTIP는 200℃로 가열된 기판의 표면에서 화학흡착이 이루어진다.
한편, 플라즈마 반응가스 분사부(230)의 내부에는 O2와 He의 혼합 가스가 주입되는데, 이때 O2 의 유량은 30 sccm으로 하였고, He의 유량은 3000 sccm으로 하였다. 이와 같이 주입된 혼합가스는 플라즈마 생성 전극(220)을 통과하면서 플라즈마 상태가 된다. 이때 플라즈마 생성 전극(220)에 인가한 전압은 6kV이고, 주파수는 60kHz로 하였으며, 기판과 반응가스 플라즈마 배출구와의 간격은 1 ~ 2㎜가 되 도록 하였다.
이상과 같은 증착 조건으로 기판상에 40분 동안 좌우 스캔을 700회 행하여 두께 300 ~ 400nm의 박막을 수득하였다.
본 발명의 실시예에 따라 형성된 이산화티탄 박막 상에는 분진물이 거의 생성되지 않음이 확인되었다.
또한, 이산화티탄(TiO2) 박막을 FT-IR로 분석한 결과는 도 4와 같다. 도 4에서 확인되는 바와 같이, 증착 온도 100 ~ 300℃까지 모두 3000 ~ 3600cm-1 파장 부근의 O-H 신축진동에 의한 피크(peak)와 2979cm-1 파장 부근의 C-H 신축진동에 의한 피크가 관찰되지 않았고 있는데, 이와 같이 기판의 낮은 열에너지에도 불구하고 이들 피크가 관찰되지 않는 것은 플라즈마 내에서 발생된 반응성이 높은 산소 라디칼들로 인하여 반응 부산물들인 C-H, O-H 리간드들이 잘 제거되었기 때문으로 보인다.
또한 본 발명의 실시예에 따라 수득한 TiO2 박막에 대해 XRD 회절분석을 한 결과, 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 200℃의 저온에서부터 아나타제 TiO2 피크가 나타나는 것을 알 수 있다.
플라즈마 내에서 활성화된 산소 라디칼과의 반응, 이온 충돌에 의한 원자들의 재배열, 그리고 기판온도 상승 효과들로 인하여 200℃의 저온에서도 결정화된 아나타제 TiO2를 얻을 수 있었다.
또한, 본 발명의 실시예에 따라 기판 온도 200℃에서 증착된 2×2cm 면적의 아나타제 TiO2 박막을 250ppm의 메틸렌블루 용액 속에 주입한 후, 20cm 거리에서 자외선(1mW/cm2)을 120분 동안 노출하면서 UV spectrophotometer를 이용하여 노출시간에 따라 메틸렌 블루 용액의 농도를 측정하였다.
그 결과, 도 6에서 확인되는 바와 같이, 메틸렌 블루 용액 속에 TiO2 시편이 존재하지 않을 경우에는 2시간이 지나도 초기 메틸렌 블루 용액 농도 대비 24% 감소의 효과를 보였지만, TiO2 시편이 존재하는 경우에는 1시간이 지난 후 39%의 감소를 보였고, 2시간 후에는 77%의 감소효과를 보였다.
[비교예]
본 발명의 실시예에 따른 대기압 플라즈마 CVD 장치의 효과와 대비하기 위하여 플라즈마를 사용하지 않고 다음과 같이 TiO2 박막을 형성하였다.
비교예에서는 다른 증착조건은 실시예와 동일하게 하고, 다만 반응가스로 플라즈마가 아닌 He/O2 가스를 이용하여 증착하였다.
도 7은 비교예에 따라 증착한 TiO2 박막을 FTIR로 분석한 결과이다. 도 7에서 확인되는 바와 같이, 증착온도 100 ~ 200℃에서는 3000 ~ 3600cm-1 파장 부근의 O-H 신축진동에 의한 피크와 2979cm-1 파장 부근의 C-H 신축진동에 의한 피크가 ㅂ 브로드하게 관찰되는 반면 250℃이상에서는 이러한 피크들이 관찰되지 않았다. 이는 100 ~ 200℃의 저온에서는 Ti(OC3H7)4 분자들이 O2 가스와 반응하여 생성된 반응 부산물인 C-H, O-H 리간드들이 제거되지 않았지만, 250℃이상에서는 높은 기판의 열에너지로 인하여 반응 부산물들이 쉽게 분해 및 탈착되어 제거된 것으로 보인다.
도 8은 비교예에 따라 증착된 TiO2 박막의 XRD 회절 분석 결과이다. 증착온도 150 ~ 200℃에서는 회절되는 피크가 나타나지 않았는데, 이는 200℃ 이하에서 플라즈마가 아닌 O2 가스를 이용하여 증착된 TiO2 박막은 비정질임을 의미한다. 이에 비해, 250℃이상에서는 아나타제 TiO2 피크들이 관찰되는데, 이는 기판의 높은 열에너지에 의해 박막을 구성하는 원자들의 결정화가 이루어지고 있음을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반응기를 적용한 대기압 플라즈마 기상화학증착장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반응기의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반응기의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 대기압 플라즈마 기상화학증착장치를 이용하여 증착한 TiO2 박막을 FTIR로 분석한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 대기압 플라즈마 기상화학증착장치를 이용하여 증착한 TiO2 박막의 XRD 회절 분석결과를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 대기압 플라즈마 기상화학증착장치를 이용하여 증착한 TiO2 박막의 광촉매 특성을 평가한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 비교예에 따라 증착한 TiO2 박막을 FTIR로 분석한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8은 비교예에 따라 증착된 TiO2 박막의 XRD 회절 분석 결과를 나타내는 그래프이다.

Claims (7)

  1. 대기압 플라즈마 CVD 장치용 반응기로서,
    플라즈마 생성용 전극과,
    전구체 공급장치로부터 박막을 형성하는 전구체를 공급받아 기판에 배출하는 전구체 분사부와,
    상기 전구체 분사부와 분리되어 그 일측에 배치되며, 반응가스 공급장치로부터 반응가스를 공급받아 상기 플라즈마 생성용 전극을 통과시켜 형성된 플라즈마 반응가스를 기판에 배출하는 플라즈마 반응가스 분사부를 포함하고,
    상기 플라즈마 반응가스 분사부의 배출구는 상기 전구체 분사부의 배출구로부터 이격된 위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반응기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전구체 분사부를 가열할 수 있는 가열수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 반응기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 전구체 분사부 및 플라즈마 반응가스 분사부의 내부에는 가스 분포를 균일하게 하기 위한 수단이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 반응기.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 반응기에는 반응기를 냉각시킬 수 있 는 냉각수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 반응기.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 반응기를 포함하는 화학기상증착 장치로서,
    상기 전구체 공급장치의 용기와 캐리어가스 공급장치를 연결하는 배관에는 상기 용기로부터 캐리어 가스 공급장치로 전구체 가스가 역류하는 것을 방지하는 역류방지 밸브가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 화학기상증착 장치.
  6. 대기압 플라즈마 화학기상증착법으로 이산화티탄 또는 이산화티탄 함유 박막을 형성하는 방법으로서,
    화학적 반응을 통해 박막을 형성하는 티타늄 전구체와 산소 플라즈마 가스를 분리하여 소정거리 이격된 위치에서 기판에 배출시키는 것을 특징으로 하는 이산화티탄 또는 이산화티탄 함유 박막의 형성방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 기판의 가열온도는 250℃ 이하인 것을 특징으로 하는 이산화티탄 또는 이산화티탄 함유 박막의 형성방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005060206A (ja) 2003-08-20 2005-03-10 Konica Minolta Holdings Inc 車窓用ガラス及びその製造装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005060206A (ja) 2003-08-20 2005-03-10 Konica Minolta Holdings Inc 車窓用ガラス及びその製造装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101404133B1 (ko) 2012-04-26 2014-06-13 한국기계연구원 실란 생성 장치, 실란 생성 방법 및 이를 이용한 규소 강판의 제조방법
KR20190082503A (ko) * 2018-01-02 2019-07-10 전북대학교산학협력단 광촉매가 증착된 광섬유의 제조방법, 이에 의해 제조된 광섬유 및 이를 활용한 공기정화기
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