진공 더 알아보기 2. 진공을 만들고 유지하는 구성품

앞서서는 열심히 진공을 뽑는 펌프와 그 뽑은 진공이 얼마나 되는지 측정할 수 있는 게이지들에 대해 알아보았다. 물론 조금씩 더 알아볼 예정이지만 그래도 조금씩이라도 진도가 나가야 이 지루한 챕터를 빨리 끝낼 수 있지 않을까 한다. 

 

이번에는 열심히 만든 진공을 유지하도록 도와주는 연결부와 결합품들을 알아보도록 하자.

 

그 전에 우리는 진공에 대해 살짝 알아보아야 한다. 아보가드로 수 6x10^23의 분자들은 어마어마한 양이다. 우리가 눈에 보이는 가장 작은 물체 중에 하나인 머리카락으로만 따져도 그 부피를 가늠해보면 보통 사람이 머리에 10만 개의 머리카락이 있다고 하니 10^5보다 100조 배나 많은 사람 머리카락이면 지구를 뒤덮고도 남을 양이다.  또한 10^-6은 물질 표면에 분자 한층을 증착시키는데 1초가 걸리는 압력이다. 

 

이러한 양과 압력에 대한 계산은 실제 공정에서도 유용하다. 10^-9 의 MBE공정은 한 층을 코팅하는데 10-^6의 1000배이므로 1000초가 걸리게 된다. 그런데 이것은 이론적인 것이지 실제 챔버 벽면과 내부에는 초 고진공이라 할지라도 수증기나 다른 물질들이 반드시 존재한다. 그래서 우리는 챔버를 가열해주고 닦는 작업을 지속적으로 하는 것이다.

 

그리고 더불어서 챔버는 챔버 단일로 존재하는 것이 아닌 다양한 기구물들이 붙어있고 펌프나 게이지나 배관들로 이어져 존재하기 때문에 그 부분에서 리크(leak)나 탈가스(outgassing)가 발생하기 쉽다. 그렇기에  오늘 이 항목을 배우는 것이다.

 

우선 재료적인 측면을 살펴보자. 

 

정확히는 모르지만 최근 공정들을 보면 550도 공정이나 그 이상 650도를 넘는 공정들이 무수히 많다. 즉 진공공정에 사용되는 재료들에는 필수적으로 온도 변화에 대한 내성이 있어야 한다. 

 

여기서 많이 사용되는 강은 SUS라고 불리는 스테인리스 강, 그리고 구리, 전기적인 절연 특성도 가지고 있는 세라믹, 그리고 오링 등에 주로 사용되는 일 래스 토머가 있다. 

 

이것들을 이제 적재적소에 연결해야 한다. 이러한 것을 결합이라고 하는데 결합에는 주로 

 

플랜지(Flange)가 쓰인다. 여기에 오링 등을 추가하여 더욱 진공도를 높이는 방법을 일래스토머 실 프랜지라고 한다.

위와 같은 사진이 일반적인 진공용 플랜지이다. NW와 CF ISO 등으로 이루어진 배관의 연결부에 검은색으로 보이는 ORING을 집어넣어 진공도를 더욱 높일 수 있다. 그리고 잘 풀지 않거나 더욱 고진공을 필요로 하는 경우에는 Metal로 이루어진 seal을 사용하기도 한다.

Metal seal의 모습

왼쪽의 Copper Gasket의 모습은 원형 그 자체이고 흠집이 생겨있지 않지만 사용한 뒤에 보면 저 원판에 선명하게 원형으로 자국이 나 있다. 양쪽에서 구리 개스킷을 강하게 누르며 연결시켜주기 때문에 개스킷이 끊어지거나 깨지지 않는 한 고무로 된 오링보다 더욱 높은 진공도를 얻을 수 있다. 이외에도 더욱 많은 결합품들이 사용되지만 주로 사용되는 건 이 두 가지이므로 더욱 공부해 보시면 좋을듯하다. 

 

질문은 언제나 환영입니다.