KR101926042B1 - 파우더 코팅 방법 및 파우더 코팅 장치 - Google Patents
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Abstract
개시된 파우더 코팅 방법은, 반응 챔버 내에 파우더를 장입하는 단계, 상기 반응 챔버 내에 소스 가스를 제공하여 원자층 증착을 통해 상기 파우더의 표면에 코팅층을 형성하는 단계 및 상기 파우더의 표면에 코팅층을 형성하기 위한 반응이 진행될 때, 상기 반응 챔버 외부에서 발생된 진동을, 상기 반응 챔버에 제공하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 파우더 코팅 방법 및 파우더 코팅 장치에 관한 것으로, 미세 파우더의 표면에 이종의 물질을 얇게 피막할 수 있는 파우더 코팅 방법 및 파우더 코팅 장치에 관한 것이다.
파우더에 박막을 코팅하는 것은 적용 목적에 따라서 매우 다양한 종류가 있다. 파우더와 박막을 구성하고 있는 물질을 무기물과 유기물로 구분 지으면 파우더와 박막을 이루는 성분에 따라서 무기/무기, 무기/유기, 유기/무기, 유기/유기 등의 파우더/코팅층 구성이 가능하다.
이러한 박막이 코팅된 파우더는 재료의 전기적, 광학 성질을 쉽게 변형 할 수 있고, 이를 이용하여 기존의 소자의 발전, 냉각 효율 등 성능을 높이게 된다. 이러한 파우더 입자를 활용하는 분야는 최근 들어 직접화 및 미세소자의 발전으로 인하여 재료 입자 크기는 점점 더 작아지고 있으며, 그 형상도 구형에서 벗어나 별모양, 밤송이 모양 등의 나노 구조체를 가지는 복잡한 모양으로 다양해지고 있다.
이러한 파우더를 코팅하는 기존의 방법으로는, 수열합성방법(Hydrothermal method), 기상화학증착법(Chemical vapor deposition, CVD), 원자층 증착법(Atomic layer deposition, ALD)등이 사용 가능하나, 종래의 방법들의 경우 파우더 코팅의 균일성을 달성하기 어려우며, 두께조절이 용이하지 않다.
이러한 문제점을 개선하기 위하여 한국특허출원공개 제10-2014-0128645호에서는 진공 챔버 내에 회전 가능하고 탈착 가능한 리액터를 설계하여 나노 사이즈의 파우더 표면을 쉽게 코팅하는 기술을 개발 하였다. 또한, 미국특허출원공개US-2011-02200822에서는 Bed 타입의 유동층 반응기를 가지는 ALD를 이용하여 파우더를 코팅하는 방법을 제시하였다. 위 기술들은 모두 회전형 몸통 챔버를 구성하여 코팅 시 파우더 응집을 억제해 균일한 코팅을 하고자 하였다. 하지만, 장비의 거대화 및 불필요한 운동 및 이송장치를 추가 하여 한다는 단점이 있다. 또한, 한국등록특허 제10-0203218호에서는 공기의 유동성을 이용하여 파우더 코팅 장비를 설계하였으나 챔버의 히팅이 용이하지 않아 고온 공정이 필요한 부분에는 활용이 불가능하고, 반응기 구조상 균일한 파우더 코팅이 어렵다는 단점이 있다. 또한, 상기의 종래 기술들에 따르면, 복수의 챔버에서 파우더의 동시 증착이 어렵다는 한계가 있다.
본 발명의 기술적 과제는 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 복잡한 대형의 운동 장치 없이 파우더 코팅 챔버에 진동을 제공함으로써, 균일한 코팅을 가능하게 하는 파우더 코팅 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 과제는 상기 파우더 코팅 방법을 구현할 수 있으며, 간단한 구성으로 대량 코팅을 가능하게 하는 파우더 코팅 장치를 제공한다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 실시예에 따른 파우더 코팅 방법은, 반응 챔버 내에 파우더를 장입하는 단계, 상기 반응 챔버 내에 소스 가스를 제공하여 원자층 증착을 통해 상기 파우더의 표면에 코팅층을 형성하는 단계 및 상기 파우더의 표면에 코팅층을 형성하기 위한 반응이 진행될 때, 상기 반응 챔버 외부에서 발생된 진동을, 상기 반응 챔버에 제공하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 반응 챔버의 적어도 일부는, 컨테이너 내에 배치된 액체 매질과 접촉하며, 상기 진동은, 상기 액체 매질을 통하여 상기 반응 챔버에 전달되는 초음파이다.
일 실시예에 따르면, 상기 액체 매질은 물 또는 실리콘 오일을 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 파우더 코팅 방법은, 상기 액체 매질을 통하여 상기 반응 챔버에 열을 전달하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 코팅층은, ZnO, Al2O3, In2O3, SnO2, SnO, TiO2, HfO2, ZrO2, La2O3, Ta2O5, ZnSnO3, ZnInGaOx, SnS, SnS2, ZnS, HfS2, ZrS2, MoS2, WS2, AlN, TiN, Pt, Ru, Ir 및 Ni로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 소스 가스를 제공하는 단계는, 금속 전구체를 제공하는 단계, 상기 금속 전구체를 퍼지하는 단계, 반응 가스를 제공하는 단계 및 상기 반응 가스를 퍼지하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 반응 챔버 내에 파우더를 장입하는 단계는, 복수의 반응 챔버들에 동일한 파우더 또는 서로 다른 파우더를 장입하는 단계를 포함하며, 상기 복수의 반응 챔버들 안에서 파우더의 코팅층이 동시에 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우더 코팅 장치는, 파우더를 수납하는 반응 챔버, 상기 반응 챔버에 소스 가스를 제공하는 소스 가스 제공부, 상기 반응 챔버에 음압을 제공하는 배기부 및 상기 반응 챔버 외부에서 발생된 진동을, 상기 반응 챔버에 제공하는 진동 제공부를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 진동 제공부는, 상기 반응 챔버와 접촉하는 액체 매질, 상기 액체 매질을 수용하는 컨테이너 및 상기 액체 매질에 진동을 전달하는 초음파 생성부를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 파우더 코팅 장치는, 상기 액체 매질을 통하여 상기 반응 챔버에 열을 제공하는 가열부를 더 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 파우더 코팅 장치는, 상기 반응 챔버와 상기 소스 가스 제공부를 연결하는 조절 밸브를 더 포함한다.
일 실시예에 따르면, 복수의 반응 챔버들이 상기 조절 밸브와 연결된다.
본 발명에 따르면, 파우더의 증착 과정에서 진동을 제공함으로써, 파우더들이 고르게 코팅될 수 있다.
또한, 상기 파우더를 코팅하기 위한 장치는, 반응 챔버를 직접 이동하거나 회전시키지 않고, 초음파를 통하여 진동을 제공함으로써, 코팅 장치의 구성을 간단하게 하고, 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 이를 통하여 복수의 반응 챔버에 동시에 진동을 제공하는 것이 가능하다. 따라서, 복수의 반응 챔버의 코팅 공정을 동시에 진행할 수 있으며, 다양한 파우더의 코팅을 동시에 진행할 수 있다.
또한, 상기 파우더를 코팅하기 위한 장치는, 액체 매질을 이용하여 가열을 진행함으로써, 안정적인 원자층 증착 환경을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우더 코팅 장치를 개념적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우더 코팅 장치의 반응 챔버, 조절 밸브, 진동 제공부 및 가열부를 확대 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우더 코팅 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4 및 5는 실시예 1에 따라 아연 산화물(ZnO)이 코팅된 Bi-Sb-Te 파우더의 투과전자현미경 사진들이다.
도 6은, 도 5의 1구역 및 2구역의 EDS(Energy Dispersive Spectroscopy) 분석 결과이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우더 코팅 장치의 반응 챔버, 조절 밸브, 진동 제공부 및 가열부를 확대 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우더 코팅 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4 및 5는 실시예 1에 따라 아연 산화물(ZnO)이 코팅된 Bi-Sb-Te 파우더의 투과전자현미경 사진들이다.
도 6은, 도 5의 1구역 및 2구역의 EDS(Energy Dispersive Spectroscopy) 분석 결과이다.
본 출원에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우더 코팅 장치를 개념적으로 도시한 블록도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우더 코팅 장치의 반응 챔버, 조절 밸브, 진동 제공부 및 가열부를 확대 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우더 코팅 장치는, 내부에 파우더를 수납할 수 있는 반응 챔버(130), 상기 반응 챔버(130)에 소스 가스를 제공하는 소스 가스 제공부(300), 상기 반응 챔버에 진공을 제공할 수 있는 배기부(400) 및 상기 반응 챔버(130)에 진동을 제공할 수 있는 진동 제공부(110)를 포함한다. 예를 들어, 상기 소스 가스 제공부(300)는, 전구체를 제공하는 전구체 제공부(320) 및 상기 전구체와 반응이 가능한 반응 가스를 제공하는 반응 가스 제공부(340)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 파우더 코팅 장치는, 상기 반응 챔버(130)에 열을 제공할 수 있는 가열부(120) 및 상기 반응 챔버(130)의 가스 유입과 배기를 조절하는 조절 밸브(220)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 파우더 코팅 장치는, 상기 소스 가스 제공부(300)를 제어하여, 소스 가스의 제공 및 유량 등을 결정하는 제어부(200)를 더 포함할 수 있다. 다만, 본 발명에서 상기 제어부의 역할을 이에 한정되지 않으며, 상기 배기부(400), 상기 진동 제공부(110) 및 상기 가열부(120) 중 적어도 하나의 작동을 제어할 수도 있다.
도 2를 참조하면, 상기 진동 제공부(110)는, 액체 매질(116), 상기 액체 매질(116)을 수용하는 컨테이너(114) 및 상기 액체 매질(116)을 이용하여 초음파를 생성하는 초음파 생성 장치(112)를 포함할 수 있다.
상기 반응 챔버(130)는, 상기 초음파를 전달 받을 수 있도록, 적어도 일부가 상기 액체 매질(116)과 접촉한다. 예를 들어, 상기 반응 챔버(130)는, 상기 액체 매질(116)에 부분적으로 담가질 수 있다.
상기 가열부(120)는 상기 액체 매질(116)을 가열함으로써, 상기 반응 챔버(130)에 열을 전달할 수 있다. 예를 들어, 상기 반응 챔버(130)는, 200℃ 이하, 예를 들어, 20℃ 내지 200℃로 가열될 수 있다.
상기 액체 매질(116)은 물 또는 오일 등의 비열이 큰 액체를 포함할 수 있다. 상기 반응 챔버(130)의 가열 온도 범위 및 내열성을 고려할 때 실리콘 오일을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
예를 들어, 상기 컨테이너(114)는 상부가 개구된 배스(bath) 형태를 가질 수 있다. 상기 컨테이너(114)는, 상기 초음파 생성 장치(112)에 의해 생성되는 진동 및 상기 가열부(120)에 의해 제공되는 열을 효과적으로 상기 액체 매질(116)에 전달할 수 있도록, 금속을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 스틸, 스테인레스 스틸 등과 같은 금속으로 이루어질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 초음파 생성 장치(112) 및 상기 가열부(120)는 상기 컨테이너(114) 외면에 부착될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 상기 초음파 생성 장치(112) 및 상기 가열부(120)는 상기 컨테이너(114)의 수납 공간 내에 배치되어 액체 매질(116)과 직접 접촉할 수도 있다.
상기 반응 챔버(130)는, 수납 공간을 형성하는 수납부(132) 및 상기 수납부를 커버하는 커버(134)를 포함할 수 있다. 상기 수납부(132)와 상기 커버(134)는 분리 가능하며, 예를 들어, 상기 커버(134)를 제거한 상태에서 파우더를 장입하고 꺼낼 수 있다.
예를 들어, 상기 반응 챔버(130)는, 가스 연결부(226)에 의해 상기 조절 밸브(220)와 연결될 수 있으며, 상기 가스 연결부(226)를 통해, 상기 반응 챔버(130)로 소스 가스가 유입되고, 반응 후 잔류 가스 등이 배출될 수 있다.
상기 조절 밸브(220)는, 가스 유입부(222)를 통해, 상기 소스 가스 제공부(300)로부터 소스 가스를 제공받을 수 있다. 또한, 상기 조절 밸브(220)는, 가스 배출부(224)를 통해, 상기 배기부(400)로부터 음압을 제공받아, 상기 반응 챔버(130) 내의 가스를 배출하고, 상기 반응 챔버(130)에 진공 분위기를 제공할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 반응 챔버는 복수개가 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 파우더 코팅 장치는 제1 반응 챔버(130), 제2 반응 챔버(140) 및 제3 반응 챔버(150)를 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명에서 반응 챔버의 수는 이에 한정되지 않으며, 1개, 2개 또는 4개 이상이 사용될 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 반응 챔버(130), 상기 제2 반응 챔버(140) 및 상기 제3 반응 챔버(150)는 동일한 조절 밸브(220)에 연결될 수 있으며, 동일한 컨테이너(114) 안에 배치될 수 있다. 상기 제1 반응 챔버(130), 상기 제2 반응 챔버(140) 및 상기 제3 반응 챔버(150) 내에는 각각 다른 물질을 포함하거나, 다른 조성을 갖거나 다른 크기를 갖는 파우더가 장입될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 반응 챔버(130), 상기 제2 반응 챔버(140) 및 상기 제3 반응 챔버(150)에는 상기 조절 밸브(220)를 통하여, 동일한 소스 가스가 동시에 제공될 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 상기 조절 밸브(220)의 구성 및 작동에 따라, 상기 제1 반응 챔버(130), 상기 제2 반응 챔버(140) 및 상기 제3 반응 챔버(150)에 제공되는 소스 가스를 독립적으로 조절하는 것도 가능하다.
본 발명에 따르면, 초음파 등을 이용한 진동 제공부(110)를 이용함으로써, 챔버를 이동시키거나 회전시키기 위한 복잡한 장치 없이, 반응 챔버에 진동을 제공할 수 있다. 이러한 구성은 복수의 챔버에서 동시에 반응을 진행하는 것을 가능하게 할 수 있으며, 각 챔버에 제공되는 파우더의 종류를 다르게 할 경우, 다양한 조성의 파우더를 동시에 코팅할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우더 코팅 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 이하에서는 도 1 내지 3을 참조하여, 상기 파우더 코팅 방법을 설명하기로 한다.
먼저, 상기 반응 챔버(130) 내에 파우더를 장입한다(S10). 상기 파우더는 특별히 제한되지 않으며, 다양한 물질을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 반응 챔버(130) 내에는 열전 물질을 포함하는, 열전 파우더가 장입될 수 있다. 예를 들어, 상기 열전 파우더는 N-형 또는 P-형 열전 파우더가 사용 가능하며, 예를 들어, Bi-Te계, Sb-Te계, Pb-Te계, Pb-Se계, Si-Ge계, In-Co계, Bi-Te-Se계, Bi-Te-Sb계, Sn-Te계 및 In-Co-Sb계등의 2원소계 또는 3원소계 등이 사용될 수 있다. 또한, 상기 N-형과 P-형 열전 파우더는, 예를 들어, Bi-Te계에 셀레늄(Se) 등이 첨가되어 N-형이 되거나, 안티몬(Sb) 등이 첨가되어 P-형이 될 수 있다. 또한, 상온에서 유리한 열전 재료 뿐만 아니라 중, 고온 영역에서 뛰어난 열전 특성을 나타내는 재료도 동일하게 적용될 수 있다.
이러한 열전 재료를 파우더로 형성하는 방법은 볼 밀링법(ball-milling), 기계적 합금방법, 용융 방사법(Meltspin) 등 다양한 방법으로 형성 가능하며, 파우더의 크기는 nm 내지 ㎛의 영역이 될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 열전 파우더에 금속 산화물을 나노 사이즈 두께로 코팅할 경우, 이종 물질 계면에서 발생하는 포논의 산란을 효과에 따른 열전도도를 저하시킬 수 있고, 동시에 두 물질간의 에너지 밴드 왜곡 효과에 따른 제벡 계수를 향상시켜, 궁극적으로 열전소재의 성능지수(ZT)를 향상한 열전 소재를 제공할 수 있다. 또한, 전도성이 높은 코팅층을 사용할 경우 파우더를 사용한 소결체 열전 재료에서 발생하는 낮은 전기전도도를 향상 할 수 있어, 열전 소재 및 소자의 성능 향상이 가능하다.
그러나, 본 발명에서 코팅 물질은 금속 산화물에 한정되지 않으며, 금속, 금속 황화물, 금속 질화물 등을 포함할 수도 있으며, 목적하는 파우더의 구성에 따라 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어, 상기 코팅 물질은, ZnO, Al2O3, In2O3, SnO2, SnO, TiO2, HfO2, ZrO2, La2O3, Ta2O5, ZnSnO3, ZnInGaOx, SnS, SnS2, ZnS, HfS2, ZrS2, MoS2, WS2, AlN, TiN, Pt, Ru, Ir 및 Ni로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다음으로, 상기 반응 챔버(130) 내에 소스 가스를 제공한다(S20). 본 발명에서, 파우더에 코팅층을 형성하는 방법은, 원자층 증착(ALD)법을 이용할 수 있다. 예를 들어, 코팅하고자 하는 물질의 원소를 포함하는 소스 가스를 제공하여, 파우더의 표면에서 반응시킴으로써, 원자층이 형성될 수 있다.
예를 들어, 소스 가스는, 금속 전구체 및 반응 가스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 전구체는, Zn, Al, In, Sn, Ti, Hf, Zr, La, Ta, Ga, Zr, Mo, W, Pt, Ru, Ir 또는 Ni의 전구체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 아연 전구체로서, 디에틸아연 (diethylzinc, DEZ), 디메틸아연(dimethylzinc, DMZ) 등이 사용될 수 있으며, 알루미늄 전구체로서, 트리메틸알루미늄 (trimethylaluminum, TMA) 등이 사용될 수 있으며, 티타늄 전구체로서, 테트라키스이소프로폭사이드티타늄(titanium tetra-kis-isopropoxide, TTIP) 등이 사용될 수 있다.
상기 금속 전구체는, 캐리어 가스에 의해 운반될 수 있다. 예를 들어, 상기 캐리어 가스는, 상기 금속 전구체와 반응하지 않는 질소, 아르곤과 같은 불활성 가스를 포함할 수 있다.
또한, 상기 반응 가스는, 오존, 산소 라디칼 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 반응 가스는, 질소 원소를 제공하기 위한 암모니아 등을 포함할 수 있다.
상기의 소스 가스는 예시적인 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 원자층 증착에 사용될 수 있는 것으로 알려진 다양한 전구체, 반응 가스 등이 소스 가스로서 사용될 수 있다.
예를 들어, 일 실시예에 따르면, 상기 소스 가스를 제공하는 단계는, 전구체를 제공하는 단계(S22) 및 반응 가스를 제공하는 단계(S26)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 전구체 및 반응 가스를 제공한 후, 각각 상기 전구체 및 반응 가스를 퍼지하는 단계(S24, S28)가 수행될 수 있다.
상기 퍼지 공정을 위하여, 상기 반응 챔버(130)에 음압이 제공될 수 있다. 상기 소스 가스의 일부는, 증착 대상에 흡착하거나 반응할 수 있으나, 다른 일부는, 흡착되지 않고, 반응 챔버 내에서 표류하여 제거될 필요가 있으며, 상기 퍼지 공정을 통해, 미흡착 소스 가스, 부산물 등을 제거할 수 있다.
상기 전구체와 상기 반응 가스는, 서로 반응하여, 상기 파우더의 표면에 원자층을 형성할 수 있다. 상기 증착을 위한 반응 온도는, 열적 안정성이 낮은 파우더의 경우 저온에서 공정이 진행 될 수 있으며, 파우더의 종류, 코팅층 증착 온도를 고려하여 반응 온도를 조절 할 수 있다. 예를 들어, 0 내지 200℃에서 진행될 수 있다.
예를 들어, 상기 금속 전구체를 제공하는 단계, 상기 금속 전구체를 퍼지하는 단계, 상기 반응 가스를 제공하는 단계 및 상기 반응 가스를 퍼지하는 단계를 한 사이클로 하여 이를 반복함으로써 목적하는 두께의 코팅층을 형성할 수 있다.
상기 증착 반응이 진행되는 동안, 상기 반응 챔버(130)에는 진동이 제공된다. 예를 들어, 상기 반응 챔버(130)에는 초음파가 제공될 수 있다. 상기 반응 챔버(130)에 초음파가 제공되는 경우, 파우더들이 진동함으로써, 입자 간극이 넓어질 수 있으며, 따라서, 표면부 아래에 위치한 파우더에도 반응 가스가 제공될 수 있다. 결과적으로, 이를 통하여 파우더의 균일한 코팅을 달성할 수 있다.
상기 반응 챔버(130) 및 상기 파우더는 모두 고체이므로, 초음파를 이용하여 진동을 직접적으로 제공하기 어렵다. 따라서, 본 발명에 따르면, 상기 반응 챔버(130)에는 액체 매질(136)을 통해 초음파가 제공될 수 있다. 구체적으로, 상기 반응 챔버(130)는, 컨테이너(114) 안에 배치된 액체 매질(136)에 적어도 일부가 담가지도록 배치될 수 있다. 초음파 생성 장치(112)는, 상기 액체 매질(136)에 진동을 제공함으로써, 상기 반응 챔버(130)에 초음파가 제공될 수 있다.
상기 반응을 진행하기 위한 적정 온도를 제공하기 위하여, 상기 반응 챔버(130)는 가열될 수 있다. 예를 들어, 상기 반응 챔버(130)에는, 상기 액체 매질(136)을 통해 열이 전달될 수 있다. 상기와 같은 가열 방식을 이용함으로써, 가열을 고르게 하고, 상기 반응 챔버(130)의 급격한 온도 변화를 방지함으로써, 파우더의 고른 코팅을 달성할 수 있다.
또한, 설명한 것과 같이, 상기 반응 챔버는 복수개가 제공될 수 있으며, 상기 복수의 반응 챔버들 내에는 각각 동일한 파우더 또는 서로 다른 파우더를 장입할 수 있다. 상기 복수의 반응 챔버들은 동일한 액체 매질로부터 초음파 및 열을 전달 받아 동시에 증착이 가능하다.
본 발명의 파우더 코팅 방법에 따르면, 파우더의 증착 과정에서 진동을 제공함으로써, 파우더들이 고르게 코팅될 수 있다.
또한, 상기 파우더를 코팅하기 위한 장치는, 반응 챔버를 직접 이동하거나 회전시키지 않고, 초음파를 통하여 진동을 제공함으로써, 코팅 장치의 구성을 간단하게 하고, 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 이를 통하여 복수의 반응 챔버에 동시에 진동을 제공하는 것이 가능하다. 따라서, 복수의 반응 챔버의 코팅 공정을 동시에 진행할 수 있으며, 다양한 파우더의 코팅을 동시에 진행할 수 있다.
또한, 상기 파우더를 코팅하기 위한 장치는, 액체 매질을 이용하여 가열을 진행함으로써, 안정적인 원자층 증착 환경을 제공할 수 있다.
이하에서는, 구체적인 실시예를 통하여, 본 발명에 따른 파우더 코팅 방법 및 파우더 코팅 장치의 효과를 상세하게 설명하기로 한다.
실시예 1
Bi0.4Sb1.6Te3 인 열전파우더를, 챔버에 약 12g을 장입하고, 밀봉한 후, 가스 연결부를 설치하였다. 상기 가스 연결부를 통하여 배기하여 진공 분위기를 형성하고, 금속 전구체로서 디에틸아연을 5초간 공급한 후, 20분간 반응을 진행하고, 20분간 배기하여 상기 디에틸아연을 퍼지하였다. 다음으로, 반응 가스로서 수증기(물)를 5초간 공급한 후, 20분간 반응을 진행하고, 20분간 배기하여 상기 반응 가스를 퍼지하였다. 상기 금속 전구체를 제공하는 단계, 상기 금속 전구체를 퍼지하는 단계, 상기 반응 가스를 제공하는 단계 및 상기 반응 가스를 퍼지하는 단계를 한 사이클로하여, 10회 반복하여, 아연 산화물(ZnO)이 코팅된 Bi-Sb-Te 파우더를 얻었다.
상기 챔버는 스테인레스 컨테이너 내에 담겨진 물에 일부가 잠겨지도록 배치되었으며, 상기 컨테이너 아래에 배치된 진동 장치를 이용하여, 상기 반응이 진행되는 동안 초음파가 제공되었다.
도 4 및 5는 실시예 1에 따라 아연 산화물(ZnO)이 코팅된 Bi-Sb-Te 파우더의 투과전자현미경 사진들이다. 도 6은, 도 5의 1구역 및 2구역의 EDS(Energy Dispersive Spectroscopy) 분석 결과이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, Bi-Sb-Te 파우더의 표면에 수nm 두께의 아연 산화물(ZnO) 코팅층이 잘 형성되었으며, 도 6을 참조하면, 1-구역의 파우더 외곽 부분에서는 파우더의 원소인 Bi, Sb, Te 등의 세기가 약한데 반해 Zn의 시그널이 크게 관찰됨을 확인할 수 있으며, 2-구역에서도 모두 아연 산화물층이 고르게 코팅 된 것을 알 수 있다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은, 각종 파우더의 증착을 이용한 코팅에 이용될 수 있다.
Claims (12)
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 파우더를 수납하는 반응 챔버;
상기 반응 챔버에 소스 가스를 제공하는 소스 가스 제공부;
상기 반응 챔버에 음압을 제공하는 배기부; 및
상기 반응 챔버 외부에서 발생된 진동을, 상기 반응 챔버에 제공하는 진동 제공부를 포함하고,
상기 진동 제공부는, 상기 반응 챔버와 접촉하는 액체 매질, 상기 액체 매질을 수용하는 컨테이너, 상기 컨테이너의 외면에 부착되어 상기 액체 매질에 진동을 전달하는 초음파 생성부 및 상기 액체 매질을 통하여 상기 반응 챔버에 열을 제공하는 가열부를 포함하며,
상기 액체 매질은 실리콘 오일을 포함하는 것을 특징으로 하는 파우더 코팅 장치. - 삭제
- 삭제
- 제8항에 있어서, 상기 반응 챔버와 상기 소스 가스 제공부를 연결하는 조절 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파우더 코팅 장치.
- 제11항에 있어서, 복수의 반응 챔버들이 상기 조절 밸브와 연결되는 것을 특징으로 하는 파우더 코팅 장치.
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