Journal of the Korean Vacuum Society (한국진공학회지)

The Korean Vacuum Society (한국진공학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

Effect of Plasma Density on the Tribological Properties of Amorphous Carbon Thin Films

비정질 탄소박막의 트라이볼로지 특성에 미치는 플라즈마 밀도의 영향

  • Park, Y.S. (Department of Electrical and Electronic Engineering, Seonam University) ;
  • Lee, J.D. (Department of Electrical and Electronic Engineering, Seonam University) ;
  • Hong, B. (School of Information and Communication Engineering, Sungkyunkwan University)
  • 박용섭 (서남대학교 전기전자공학과) ;
  • 이종덕 (서남대학교 전기전자공학과) ;
  • 홍병유 (성균관대학교 정보통신공학부)
  • Received : 2011.05.26
  • Accepted : 2011.08.11
  • Published : 2011.09.30
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

In this work, we have fabricated the amorphous carbon (a-C:H) thin film by using unbalanced magnetron sputtering method with the magnetron source of inside/outside electromagnetic coils as the protective coating materials. We have investigated the tribological properties of amorphous carbon films prepared with various electromagnetic coil currents for the change of the plasma density, such as hardness, friction coefficient, adhesion, and surface roughness. Raman and HRTEM were used to study the microstructure of carbon films. In the result, the hardness and adhesion properties of a-C:H films were improved with increasing electromagnetic coil current due to the increase of the plasma density to the substrate. Thus, these results can be explained by the increase of $sp^2$ bonding and cluster number in the amorphous carbon film, related to the improved bombardment around substrate and the increased substrate temperature.

본 연구에서는 전자석 코일 마그네트론 소스를 가지는 비대칭 마그네트론 스퍼터링 장치를 이용하여 보호 코팅 소재로 사용되어지는 비정질 탄소박막을 제작하였다. 내부 전자석 코일의 전류를 고정하고 외부 전자석 코일의 전류를 다양하게 변화시켜 탄소 박막을 제작하였고, 제작되어진 박막들의 경도, 마찰계수, 접착력, 표면 거칠기 등의 트라이볼로지 특성들을 측정하였고, 라만과 HRTEM을 이용하여 구조적 특성을 평가하였으며, 이들 상호간에 관계를 규명하였다. 결과로서, 제작되어진 탄소박막의 경도, 마찰계수, 접착 특성은 외부 전자석 코일 전류가 증가함에 따라 향상되었으며, 이러한 결과는 박막내에 결합력이 강한 $sp^2$ 결합과 클러스터의 형성과 관련된다. 전자석 코일 전류의 증가는 전자와 이온 밀도의 증가시키고, 기판에서 이온의 충돌의 증가와 기판온도 향상을 야기한다. 이러한 현상의 박막내에 증가되어진 $sp^2$ 결합과 클러스터들의 형성은 탄소박막의 트라이볼로지 특성 향상에 기여하였다.

Keywords

References

  1. A. Grill, Diam. Relat. Mater. 8, 428 (1999). https://doi.org/10.1016/S0925-9635(98)00262-3
  2. M. Schlatter, Diam. Relat. Mater. 11, 1781 (2002). https://doi.org/10.1016/S0925-9635(02)00166-8
  3. J. K. Luo, Y. Q. Fu, H. R. Le, J. A. Williams, S. M. Spearing, and W. I. Milne, J. Micromech. Microeng. 17, S147 (2007). https://doi.org/10.1088/0960-1317/17/7/S12
  4. A. R. Krauss, O. Auciello, D. M. Gruen, A. Jayatissa, A. Sumant, J. Tucek, D. C. Mancini, N. Moldovan, A. Erdemir, D. Ersoy, M. N. Gardos, H. G. Busmann, E. M. Meyer, and M. Q. Ding, Diam. Relat. Mater. 10, 1952 (2001). https://doi.org/10.1016/S0925-9635(01)00385-5
  5. J. C. Damasceno, S. S. Camargo Jr, F. L. Freire Jr, and R. Carius, Surf. Coat. Technol. 133-134, 247 (2000). https://doi.org/10.1016/S0257-8972(00)00932-4
  6. J. T. Ryu, Y. G. Baek, M. Katayama, H. J. Lee, and Kenjiro Oura, J. Korean Vaccum Soc. 12, 35 (2003).
  7. N. Yasumaru, K. Miyazaki, and J. Kiuchi, Appl. Phys. A 76, 983 (2003). https://doi.org/10.1007/s00339-002-1979-2
  8. Y. S. Park, H. J. Cho, and B. Y. Hong, J. Korean Vaccum Soc. 16, 122 (2007). https://doi.org/10.5757/JKVS.2007.16.2.122
  9. A. A. Solov'ev, N. S. Sochugov, K. V. Oskomov, and S. V. Rabotkin, Plasma Physics Reports 35, 399 (2009). https://doi.org/10.1134/S1063780X09050055
  10. D. Sheeja, B. K. Tay, S. P. Lau, and X. Shi, Wear 249, 433 (2001). https://doi.org/10.1016/S0043-1648(01)00541-5
  11. X. L. Peng, Z. H. Barber, and T. W. Clyne, Surf. Coat. Technol. 138, 23 (2001). https://doi.org/10.1016/S0257-8972(00)01139-7
  12. V. Kulikovsky, P. Bohac, F. France, A. Deineka, V. Vorlicek, and L. Jastrabik, Diam. Relat. Mater. 10, 1076 (2001). https://doi.org/10.1016/S0925-9635(00)00525-2