일반기술

펄스 전류를 이용한 탄탈륨 산화 필름 제조방법

본 기술은 전해질 내에서의 양극 산화 처리를 통해 탄탈륨 순금속을 전자 부품과 반도체 소자의 부식 저항성 피막이나 필름 캐퍼시터 등에 이용되는 탄탈륨 산화 필름으로 변환하는 제조방법이다. 다시 말해, 다양한 형상의 펄스 전류를 이용한 제조과정을 거침으로서 산화 필름의 부도체 특성이 상당히 향상된 탄탈륨 산화 필름을 제조할 수 있다. 탄탈륨 옥사이드 산화 필름은 4~8V의 전압으로 양극 산화 처리를 통해 형성하게 되는 데, 그 제조과정을 살펴보면 다음과 같다. 우선 전해질로 황산 및 황화나트륨 수용액을 사용하여 전해질 내에서 2~3mA/㎝2의 평균전류밀도에서는 60~80% 듀티 사이클의 펄스 전류를 인가하고, 4~5mA/㎝2의 평균 전류 밀도에서는 40-70% 듀티 사이클의 펄스 전류를 인가한다.기존의 실리콘 옥사이드 필름과 알루미늄 옥사이드 필름은 유전 상수가 낮고 필름이 얇아 절연파괴 특성과 부도체 특성이 나쁘고 화학적으로 불안정하였다. 이를 보완하여 개발된 다양한 절연재료 중 탄탈륨 옥사이드 필름은 약 25정도의 높은 유전 상수와 화학적 안정성을 가진다. 일반적으로 탄탈륨 산화 필름의 습식방법인 양극 산화 처리 방법은 건식방법인 PVD나 CVD방법에 비하여 간단하고 비용이 저렴하여 대규모의 필름 제조에 적당하지만, 직류 전류로 양극 산화 처리과정을 수행하면, 대부분의 경우 산화 필름 내부의 무수한 전자 결함으로 반도체 특성을 나타내어 필름 캐퍼시터나 환경피해방지용 필름으로 사용할 수 없다. 그러나 본 기술은 양극 산화 처리를 하는 경우 직류 전류가 아닌 펄스 전류를 사용하기 때문에 안정한 전기적, 화학적 특성을 가진 얇은 두께의 탄탈륨 산화 필름의 제조가 가능하다. 즉, 적당한 듀티 사이클로 산화 필름을 형성하면, 전류 인가 시에는 전해질의 산소 이온을 사용하여 필름이 만들어 지다가 전류 비인가 시에는 사용된 산소 이온들이 보충되어 필름이 성장하게 된다. 이렇게 형성된 필름의 탄탈륨 금속 이온과 산소 이온은 필름내에서 일정한 비율을 유지하게 되므로 전자 결함이 상당히 낮고 부도체 특성이 뛰어난 탄탈륨 산화 필름을 형성하게 된다.