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플라스마 CVD에 의한 단결정 다이아몬드 합성의 개발동향

전문가 제언: ○ 재료 중에서 전기적, 열적, 기계적, 광학적 물성치가 최고수준인 다이아몬드는 광범위한 응용이 기대가 되며 인치 크기의 큰 면적의 벌크의 결정체 제작은 제조비용이 높아서 실용화하는 데에 문제이다. 마이크로 플라스마 방법으로 합성의 가능성을 확인한 후에 10년이 지난 지금도 통상의 조건에서 Φ2인치크기의 단결정을 제조와 Φ3인치 다결정 다이아몬드 제조를 제조할 수 있는 수준이다.

○ 현재의 플라스마 CVD방법으로 다이아몬드를 고속, 고품질로 비교적 용이하게 합성한 보고는 많으나 Φ3인치 크기이상의 단결정을 합성 예는 없다. Φ3인치 이상의 다이아몬드를 합성하기 위해서 종래의 마이크로파 플라스마 CVD 법의 연장이 아니라 ECR 플라스마와 같은 높은 플라스마밀도 적용, 구조, 플라스마 영역확장 및 제조방법 등의 근본적인 합성수단을 검토한 연구가 필요하다.

○ 다이아몬드에 대한 국내연구는 활발하지 않으며 특성 향상, 응용 등의 분야에 한정되어 있다. 산업대학교 등에서 공구에 적용 나노 경질막 코팅연구를 한다. 프랑스의 파리대학에서 마이크로웨이브 CVD로 300-500℃온도에서 낮은 마찰계수의 4인치 나노 결정 다이아몬드를 제작했다(Dia. and Related Mater., 47(2014)58), 동 대학에서 대면적(50cm x 50cm)의 나노결정 다이아몬드를 제작했다. 러시아의 연구소에서 단결정과 다결정의 혼합 직경 75mm의 제작(Mater. Lett. 139(2015)1) 등으로 대 면적 나노 결정 다이아몬드 연구가 활발하다.

○ 국내의 귀금속과 공업용 다이아몬드 시장은 각각 8천억, 1조원이상으로 추정되며 일진, 이화, 신한다이아몬드 등이 세계 공업용 다이아몬드 시장의 20~30%를 점유하고 있다. 제조방법은 마이크로웨이브 CVD방법이 주류를 이루며 이 기술은 반도체, 디스플레이 제조에 적용되고 있다. 한국의 반도체 디스플레이의 제조공정기술은 세계 제일의 위상을 유지하고 있다. 산학연 협동으로 이러한 제조기술을 단결정 혹은 나노 결정의 다이아몬드 제조에 적용해서 대 면적 다이아몬드 제품개발을 수행한다면 매출확대에 기여할 것으로 기대된다.

저자: Hideaki YAMADA
자료유형: 학술정보