• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.60-60
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• 1999

단결정 다이아몬드의 열전도도는 약 22W/cm.K로 열전도도가 가장 큰 물질로 알려져 있으며, 비저항은 10$\Omega$.cm 이상의 높은 값을 갖는다. 대부분 열전도도가 큰 것으로 알려진 물질들은 Cu, Ag 등과 같이 전자의 흐름에 의하여 열이 전도되기 때문에 큰 전기전도도를 함께 갖는 것일 일반적이다, 그러나, 다이아몬드는 빠른 phonon의 이동에 의하여 열전도가 이루어지므로 전기적으로 절연 특성을 갖으면서도 큰 열전도가 가능하다. 단결정 다이아몬드는 고방열 절연체로서 이상적인 물질 특성을 보여준다. 전기절연성을 갖는 열전도층으로 다이아몬드를 이용하기 위해서는 저가로 제조가 용이한 화학기상증착법을 이용하여야 한다. 화학기상증착법으로 제조된 다결정 다이아몬드 박막의 열전도도는 약 21W/cm.K로 여전히 매우 높은 값을 갖는 것으로 알려져 있지만, 비저항 값은 인위적으로 도핑을 전혀 하지 않은 상태에서도 106$\Omega$.cm 정도의 낮은 값을 갖는다. 전혀 도핑을 하지 않았음에도 전도성을 갖는 특이한 특성을 다결정 다이아몬드가 보여 주고 있으므로 이에 대한 연구는 주로 전기 전도성을 갖는 특이한 특성을 다결정 다이아몬드가 보여주고 있으므로 이에 대한 연구는 주로 전기전도성의 원인을 규명하는데 집중되고 있다. 아직 명확한 전도 기구는 제안되고 있지 못하지만 전도성의 원인은 수소와 관련이 있고 전도는 표면을 통하여 이루어진다는 것이다. 산(acid)을 이용하여 다결정 다이아몬드 박막을 세척하면 전기 전도성이 사라지고 높은 저항값을 갖는 박막을 얻게 되는데 박막을 세척하는 공정은 박막의 표면만을 변호시키므로 표면에 있던 전기전도층이 용액 처리를 통하여 제거되므로 전도성이 사라진다고 생각하는 것이다. 그러나, 본 연구에서는 두께가 두꺼울수록 저항값이 증가하는 것이 관찰되었고 기존의 측정방식인 수평적인 저항 측정법에 대하여 수직적 방향으로 저항을 측정하면 저항값이 1/2 정도 작게 측정되었다. 다결정 다이아몬드에서 표면을 통하여 전류가 흐른다면 박막의 두께에 따른 변화가 나타나지 않아야 하고 수직적인 전류 측정법이 오히려 더 큰 저항을 보여주어야 한다. 기존의 표면 전도 모델로는 설명되지 못하는 현상들이 관찰되었고 정확한 전기 전도 경로를 확인하기 위하여 전해 도금법으로 금속들이 석출되는 모습을 관찰하였다. 이 방법을 통하여 다결정 다이아몬드에서 전류는 결정입계를 통하여 전도됨을 알 수 있었다. 온도에 따른 다결정 다이아몬드의 전기전도도 변화를 관찰하였고 이로부터 활성화 에너지 값을 구할 수 있었다. 다결정 다이아몬드의 전도도는 온도에 따라서 0.049eV와 0.979eV의 두 개의 활성화 에너지를 갖는 구간으로 나뉘어졌다. 이로부터 다결정 다이아몬드에는 활성화 에너지 값이 다른 두 종류의 defect level이 형성되는 것으로 추정할 수 있고 이 낮은 defect level에 의하여 전도성을 갖는 것으로 생각된다.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.12 no.10
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• pp.4689-4695
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• 2011

Nanodiamond is a relatively new nanomaterial with broad prospects for application. In this paper, a variety of methods were used to analyze comprehensively chemicophysics properties of the detonation monocrystalline and synthetic polycrystalline nanodiamond, XRD spectroscopy, EDS, HRTEM, FTIR, Raman spectroscopy, TGA-DTA and BET. The results show that the monocryctalline detonation nanodiamond particles are spherical or elliptical shape of 4nm ~ 6nm grain size and the polycryctalline synthetic nanodiamond particles are angular shape of 80nm ~ 120nm grain size. The surface of the monocrystalline and polycrystalline nanodiamond contain hydroxy, carbonyl, carboxyl, ether-based resin, and other functional groups. The phase transition temperature of the monocrystalline detonation nanodiamond in the $N_2$ is about $650^{\circ}C$.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2016.11a
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• pp.180-180
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• 2016

보론이 도핑된 $3{\times}3cm$ 크기의 p 형 다결정 실리콘 기판의 표면을 경면연마한 후, 다이아몬드 입자의 seeding을 위해 슬러리 중 다이아몬드 분말의 입도를 5 nm로 고정하고 초음파 전처리 공정을 진행한 후, 다이아몬드 박막을 증착하였다. 다이아몬드 증착은 Microwave Plasma Chemical Vapor Deposition 장비를 이용하였으며, 공정 조건은 초기 진공 $10{\times}10^{-3}Torr$, 공정 가스 비율 $Ar:CH_4=200:2$, 가스 유량 202 sccm, 공정압력 90 Torr, 마이크로웨이브 파워 600 W, 기판 온도 $600^{\circ}C$이었다. 기판에 DC bias 전압을 인가하는 것을 공정 변수로 하여 0, -50, -100, -150, -200 V로 변화시켜가며, 0.5, 1, 2, 4 h 동안 증착을 진행하였다. 주사전자현미경과 XRD, AFM, 접촉각 측정 장비를 이용하여 증착된 다이아몬드 입자와 막의 특성을 분석하였다. 각 bias 조건에서 초기에는 다이아몬드 입자가 형성되어 성장되었다가 시간이 증가될수록 연속적인 다이아몬드 막이 형성되었다. Table 1은 각 bias 조건에서 증착 시간을 4 h까지 변화시키면서 얻은 다이아몬드 입자 또는 박막의 높이(두께)를 나타낸 것이다. 2 h까지의 공정 초기에는 bias 조건의 영향을 파악하기 어려운데, 이는 bias에 의한 과도한 이온포격으로 입자가 박막으로의 성장에 저해를 받는 것으로 사료된다. 증착시간이 4 h가 경과하면서 -150 V 조건에서 가장 두꺼운 막이 성장되었다. 이는 기판 표면을 덮은 다이아몬드 박막 위에서 이차 핵생성이 bias에 의해 촉진되기 때문으로 해석된다. -200 V의 조건에서는 오히려 막의 성장이 더 느렸는데, 이는 Fig. 1에 보이듯이 과도한 이온포격으로 Si/diamond 계면에서 기공이 형성된 것과 연관이 있는 것으로 보인다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.57-57
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• 1999

공기 플라즈마로 다이아몬드 박막을 식각하여 한 방향으로 정렬된 고밀도의 다이아몬드 바늘을 만들었다. 다이아몬드 기판에 적당한 양의 몰리브데늄 박막을 입힌 후 수백 볼트의 음 전압을 걸고 RF 또는 직류 플라즈마로 식각하였다. 바늘의 모양과 밀도는 기판 온도, 압력, 바이어스 전압, 전력, 몰리브데늄 양 등의 식각조건에 따라 결정되었다. 기판 온도가 높으면 바늘이 굵어졌다. 몰리브데늄 박막은 식각마스크로 작용하였는데 때때로 몰리브데늄으로 만들어진 기판 장착대가 스퍼트링되어 저절로 몰리브데늄 박막이 입혀져서 바늘이 만들어지기도 하여 바늘 밀도, 형상을 정밀하게 조절하기 위해서는 적당한 양의 몰리브데뉴 박막을 미리 입히는 것이 좋다. 조건이 잘 맞으면 굵기가 0.1$\mu\textrm{m}$, 바늘 사이 간격이 0.1$\mu\textrm{m}$, 높이는 3$\mu\textrm{m}$ 이상인 다이아몬드 바늘 격자가 만들 수 있었다. 이러한 바늘은 다결정 다이아몬드 박막 뿐만 아니라 고온고압 다이아몬드, 자연 다이아몬드 등으로부터도 만들 수 있었다. 다이아몬드 바늘은 전계 전자 방출 소자, 복합 재료를 위한 다이아몬드 섬유, 방열판, 다공질 다이아몬드 등으로 사용할 수 있다.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.10 no.9
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• pp.593-600
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• 2000

This paper investigated the conduction path and conduction mechanism in undoped polycrystalline diamond thin films deposited by microwave chemical vapor deposition. The resistances measured by ac impedance spectroscopy with different directions can not be explained by the previously-known surface conduction model. The electrodeposition of Cu and electroetching of Ag experiments showed that the conduction path is the grain boundaries within the diamond films. The electodeposition of Cu with an insulating surface layer further proved that the main conduction path in polycrystalline films in the grain boundaries. The film with high electrical conductivity has low activation energy of 45meV and higher dangling bond density. By considering the results and surface C chemical bonds, the H-C-C-H bonds at surface and in grain boundaries might be the origin of high conductivity in undoped diamond films.

• Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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• v.13 no.5
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• pp.122-130
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• 1996

In this study, machinability of some aluminum-magnesium alloy are experimentally investigated using polycrystalline diamond tool with turning, and evaluated some independent cutting variables affected micrometal cutting characteristics as cutting force, specific cutting resistance, shear angles. To know the effect of cutting parameters of single point diamond machining, experiments were performed to measure cutting forces for high speed turning of aluminum alloy 6061-T6, SM45C and FC20 with poly- crystalline diamond and coated cemented carbide tool. Independent cutting variables were changed to a variety of cutting speed, feed rate, rake angles, material properties of workpiece and tool. Futhermore. Some useful informations are obtained in this study can guide micro metal cutting of aluminum alloy with diamond tool.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.10 no.11
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• pp.3054-3059
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• 2009

Natural black diamonds of single crystal, polycrystalline, and agglomerated roughs become important for their industrial and gem stone application. We performed the conventional gemological tests of thermal diffusion, apparent density, scratch test, and magnification test as well as the advanced tests of Raman spectroscopy, X-ray diffraction test and Lang topography. We conclude that scratch test with SiC paper was the most efficient method in view point of speed and cost. Raman spectroscopy and XRD were useful for identification of diamond while Lang topography offered a good visualization method of the grain structure of polycrystalline black diamond roughs.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.31 no.6
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• pp.233-239
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• 2021

In this study, Ga₂O₃/diamond layers were grown on Si substrates to improve the thermal characteristics of Ga₂O₃ materials. Firstly, diamond thin film was grown on Si substrates by hot-filament chemical vapor deposition. Afterward, Ga₂O₃ layer was grown in the growth temperature range of from 450~600℃ by mist chemical vapor deposition. We found that layer separation happens at the Ga₂O₃/diamond interface at the growth temperature of 500℃. This is attributed to the different thermal expansion coefficient of the mixture of amorphous and crystalline structures during cooling process. Therefore, this study might contribute to the heat-sink-layer bonded power semiconductor applications by stabilizing the thermal properties at Ga₂O₃/diamond interface.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.139-139
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• 1999

다이아몬드는 지구상에서 가장 단단한 물질로 잘 알려져 있을 뿐만 아니라 공업적 측면에서 볼 때, 여러 가지 특출한 성질들을 동시에 지니고 있다. 인장강도, 압축강도, 탄성계수 등 기계적 특성이 우수하고 넓은 광투과성과 내열, 내화학, 내방사성을 지니고 있으며, 열전도율이 높고 전기적으로 절연체이다. 또한 hole이동도가 높고 도핑에 의해서 반도체적 특성을 나타낸다. 이와 같이 매우 뛰어난 성질을 공업적으로 응용하기 위하여 이전부터 많은 연구가 행해져 왔으며, 1980년대에 들어와 박막이나 코팅 형태로의 합성이 가능한 기상합성법이 큰 발전을 보임으로써 다이아몬드의 우수한 특성을 여러 분야에서 폭넓게 응용할 수 있게 되었다. 특히 마찰 응용분야에 최적의 재료로 추천되고 있다. 지금도 Epitaxial 다이이몬드를 기지 위에 성장시키고 다결정질박막을 여러 가지 비다이아몬드(Si, W, Mo 등) 기지 위에 성장시키는 연구가 계속되고 있으며 공구강 위엥 경질코팅으로써 한층 개선된 다이아몬드박막 제조를 위한 수많은 연구노력들이 집중되고 있다. 그러나 일반탄소강에 다이아몬드박막을 성장시키기 위한 많은 노력들은 크게 바람직하지 않은 non-diamond carbon(black carbon or graphitic soot)의 형성 때문에 방해를 받고 있다. 계면에서 이들의 형성은 증착된 다이아몬드박막과 금속기지의 저조한 밀착력을 나타내게 된다. 이외 같이 다이아몬드박막의 응용을 위하여 다이아몬드피막에 요구되는 중요한 조건은 기지에 대해서 강한 밀착력을 나타내는 것이며, 동시에 상대물에 대하여 낮은 마찰계수를 가져야 한다. 그러나 다이아몬드와 금속기지는 서로 다른 열챙창계수(각각 0.87$\times$10-6K-1, 12$\times$10-6K-1)의 차이로 인하여 밀착력이 현저히 떨어진다는 단점으로 인해 산업화에 많은 제약을 받아왔다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 연구에서는 다이아몬드박막과 금속기지 사이에 중간층을 이용하는 방법을 제안하였다. 이러한 시도는 일반적으로 중간층 형성 금속인 Ti 또는 TiN 등이 적용되었으나 원하는 결과를 얻지 못하였다. 즉 carbon과 Fe의 상호확산, non-diamond carbon상의 형성 그리고 열잔류응력을 완화시키고 일반탄소강 위에 다이아몬드박막을 형성시켜 우수한 밀착력을 얻기 위한 목적에 미흡하였던 것이다. 이에 중간층으로 Cr 또는 Cr계 화합물 박막을 이용하였는 바, 이 중간층을 이용한 결과 우수한 밀착력을 나타내는 다이아몬드박막을 얻었으며 열적, 구조저으로 모재와 다이아몬드에 적합한 결과를 얻을 수 있었다. 본 연구에 의해 얻어진 결과들은 재료 가공을 위하여 높은 경도와 내마모성등이 요구되는 절삭공구나 금형의 수명 향항에 크게 기여할 것이며 산업적으로 큰 응용이 기대된다.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.8 no.2
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• pp.240-248
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• 1998

The plasma chemical vapor deposition is one of the most utilized techniques for the diamond growth. As the applications of diamond thin films prepared by plasma chemical vapor deposition(CVD) techniques become more demanding, improved fine-tuning and control of the process are required. The important parameters in diamond film deposition include the substrate temperature, $CH_4/H_2$ gas flow ratio, total, gas pressure, and gas excitation power. With the spectroscopic ellipsometry, the substrate temperature as well as the various parameters of the film can be determined without the physical contact and the destructiveness under the extreme environment associated with the diamond film deposition. It is introduced how the real-time spectroscopic ellipsometry is used and the data are analyzed with the view of getting the growth condition and the accompanied features for a good quality of diamond films. And it is determined the important parameters during the diamond film growth, which include the final sample will be measured with Raman spectroscopy to confirm the diamond component included in the film.