금속박막의 마이크로파 가열
벌크 금속은 마이크로파의 절반 이상 대부분을 반사하기 때문에 가열에 마이크로파를 이용한 예는 거의 없었다.
그러나 최근 금속 분말의 가열과 소결에 마이크로파를 이용하기 시작하고 있다.
마이크로파의 양이 작기는 하지만 금속내부에 침투하여 흡수되고(흡수가열), 금속표면에 형성된 유전손실이 큰 산화 막을 가열시킨다(유도가열).
그리고 전자파가 갖는 압력이 입자진동과 입계확산을 촉진하고 전계강도를 상승시키며[동중력(動重力)효과], 마이크로파 에너지의 공간집중에 의한 높은 전장발생과 방전 플라즈마 생성[비열(非熱)효과] 및 금속표면의 산화 막 환원(환원 효과) 등 마이크로파의 특유한 현상이 금속 분말의 가열과 소결에 대한 이용가능성을 높이는 것으로 추측된다.
금속박막은 비표면적(specific surface)이 크기 때문에 이에 대한 효과가 뚜렷이 나타난다.
금속박막의 비표면적이 크다는 것은 금속박막이 벌크 금속보다 오히려 금속분말에 더 가깝다는 것을 의미한다.
박막의 제조에는 PVD법(Spatter법, 증착법 등)이 많이 이용되는데, PVD 법은 단순히 나노 입자가 적층되어지는 것이 아니고 막 형성 과정에서 핵 생성과 성장 및 구조 형성과 결합체가 일어난다.
그래서 PVD법으로 만든 금속박막은 단순한 금속분말 집합체가 아닌 다른 미세구조를 가지고 있으며, 마이크로파의 특성은 미세구조에 따라 크게 다르게 된다. Davis 등은 Ni-Fe 합금박막의 마이크로파 특성에 대해 조사하여 유전율이 금속박막에 관한 Fuchs-Sondheimer 이론의 값에 비해 자리수가 다를 정도로 더 좋다고 발표하였다. Bhat 등은 히터나 마이크로파 흡수 재료로 이용되고 있는 Kanthal(Fe-5.8% Al-22% Cr)박막의 마이크로파 특성에 대해 조사하였는데, 박막의 저항은 직류저항과 표면저항의 합으로 되고 표피의 깊이(skin depth)는 벌크의 도전율과 표면저항에 의존하며 마이크로파의 주파수 높이에 따라 표피 깊이는 감소한다고 발표 하였다.
최근에는 박막에 조명한 마이크로파의 조사량과 투과양의 비로부터 저항을 구하는 새로운 박막저항 측정법도 재발하였다.
그러나 금속 박막의 마이크로파 가열에 관한보고는 거의 없으며 확실하지 않은 점도 많다.
마이크로파로 특정 금속 박막만을 선택적으로 가열할 수 있다면 마이크로파의 디바이스 등에 대한 응용이 더욱 확대될 것으로 예상된다.
바이오센서 기술로서 주목받고 있는 표면플라즈마공명법(SPR)에 응용되는 금속 박막 칩의 표면 개선에 마이크로파 가열을 이용하여 시험하고, 이에 대한 결과를 중심으로 금속 박막의 마이크로파 가열 현상과 향후의 과제에 대해 말하고 있다.
(출처) 한국과학기술정보연구원 오 창 섭[출처] 금속박막의 마이크로파 가열|