• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.293-293
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• 2012

마그네트론 스퍼터링으로 Al과 Al 합금(Al-3wt%Si, Al-10wt%Si) 박막을 코팅하였다. 기판은 냉연강판과 Si 웨이퍼를 사용하였으며 알코올과 아세톤으로 초음파 세척 후 진공용기에서 플라즈마 청정을 실서히였다. 시편 청정이 끝나면 기판은 0, 30, 45, 60, 90도의 다양한 각도로 고정시켜 Al과 Al 합금 박막을 코팅하였다. 빗각 증착 기술(Oblique Angle Deposition: OAD)은 입사증기가 기판과 수직하지 않게 기울여 코팅하는 방법으로 조직을 다양하게 제어할 수 있다. 빗각으로 코팅한 순수한 Al 박막의 경우, 동일한 두께의 박막보다 반사율 및 표면조도, 내식성이 향상되는 결과를 얻었다. 따라서 본 연구에서는 빗각 및 Si 함유량이 반사율 및 표면조도, 내식성에 미치는 영향을 비교 분석하였다. 기판의 위치에 따른 변화를 관찰하기 위해 시편은 좌, 우, 중간으로 구분하여 분석하였다. 단일층 박막의 경우 타겟과의 거리에 따른 두께 편차가 발생하였으며 이러한 두께 편차를 해결하기 위한 방법으로 동일한 각도를 유지하며 반대 방향으로 회전시켜 다층구조로 박막을 제조하였다. Si 함유량 및 빗각에 따른 반사율 및 표면조도를 분석하였으며 내식성 평가를 위한 염수 분무 테스트도 실시하여 각각의 공정 변수에 따른 결과를 비교 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2015.11a
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• pp.164-164
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• 2015

Al과 Al합금은 경량금속으로 가공성과 내식성이 우수하여 철강제품의 부식방지, 고효율 반사체 등의 산업 분야에 널리 이용된다. 본 연구에서는 Al과 Al-3wt%Si, Al-10wt%Si의 Al 합금을 마그네트론 스퍼터링으로 코팅하였고 외부 자기장 변화와 빗각 증착에 따른 반사율과 조직 변화 등의 물성을 비교 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2014.11a
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• pp.234-234
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• 2014

철강 제품의 내식성 향상을 위해 강판 위에 알루미늄을 $0^{\circ}$, $30^{\circ}$, $45^{\circ}$, $60^{\circ}$의 빗각으로 증착하여 박막의 조직 및 내식성을 평가하였다. 단일층 박막에서는 회전각도 $60^{\circ}$에서 치밀한 조직이 보였으며 3층의 다층박막에서는 회전각도 $45^{\circ}$ 에서 아주 치밀한 조직이 관찰되었고 염수분무 결과 264시간 경과 후 적청이 발생하기 시작하여 312시간 경과 후 기판의 전 면적에 적청이 나타났다. 이 결과는 $3{\mu}m$ 의 동일한 두께에서 내식성이 3배 이상 향상된 것임을 나타낸다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.346.1-346.1
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• 2016

본 연구에서는 열처리(Thermal Dewetting Process)와 빗각 증착(Oblique angle deposition)을 이용하여 비주기 서브파장 구조물을 마이크로 렌즈 형태의 유리 기판 상부에 제작하였다. 먼저 $2{\times}2cm2$ 크기의 유리 기판에 기존 리소그래피 공정으로 원기둥 형태의 감광액을 형성한다. 이후 Hot-plate로 $180^{\circ}C$에서 90초간 열을 가해 지름이 $20{\mu}m$인 반구형태로 변형시킨 뒤 반응성이온식각 공정을 진행하여 마이크로 렌즈를 제작한다. 렌즈의 표면에 나방 눈 구조를 형성하기 위해 전자빔 증착으로 15nm의 은 박막을 쌓은 뒤 $500^{\circ}C$에서 1분간 열처리 공정을 진행하였다. 열이 가해졌을 때 은 박막은 표면자유에너지를 최소화하기 위해 나노 크기의 덩어리진 입자 형태로 변화한다. 여기서 형성되는 나노입자의 크기가 렌즈 표면 중심에서 가장자리로 갈수록 작아진다는 것을 주사전자현미경을 통해 확인하였다. 증착 각도가 증가할수록 열처리 공정 후의 은 나노입자의 크기가 점점 작아진다는 것을 검증하기 위해 은 박막의 증착 각도를 $0^{\circ}$, $35^{\circ}$, $55^{\circ}$, $70^{\circ}$로 증착 후 열처리 공정을 진행하여 확인하였다. 비스듬하게 증착되어 형성된 박막은 다공형태로 낮은 밀도를 가지는데 이는 박막 두께 감소를 일으킨다. 따라서 증착 각도가 증가할수록 열처리 공정 후의 은 나노입자의 크기는 점점 작아진다. 이후 은 나노입자를 마스크로 하여 다시 반응성이온식각 공정을 진행하였으며 식각 후 나머지 은 나노입자들은 HNO3용액에서 1분간 처리하여 제거하였다. 제작된 구조물의 평균 직경과 크기는 각각 ~220nm 및 ~250nm인 것으로 확인하였다. 위와 같은 공정을 통해 다양한 크기를 가진 비주기 서브파장 구조물을 제작할 수 있다. 구조물의 주기가 파장 길이보다 짧을 경우 분산이 최소화되며 넓은 파장 대역에서 무반사 효과를 얻을 수 있다. 이 공정은 마스크를 통한 리소그래피의 한계를 극복할 수 있으며 여러 곡면형 표면에 적용가능한 장점이 있다. 또한 프리즘, 렌즈, 광섬유와 같은 광소자의 광투과율을 향상시키는데 이용될 수 있다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2012.05a
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• pp.160-160
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• 2012

Al과 Al합금은 경량금속으로 가공성과 내식성이 우수하여 철강제품의 부식방지, 고효율 반사체 등의 산업 분야에 널리 이용된다. 본 연구에서는 Al과 Al-3wt%Si, Al-10wt%Si의 Al 합금을 마그네트론 스퍼터링으로 코팅하였고 외부 자기장 변화와 빗각 증착에 따른 반사율과 조직 변화 등의 물성을 비교 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.223.1-223.1
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• 2015

본 연구에서는 지름이 다른 두 개의 디스크가 적층된 구조를 갖는 금 나노 구조체를 제작하고 그 광학적 특성에 대해 연구하였다. 나노임프린팅을 통하여 패턴된 폴리머 포어 어레이에 금 박막을 증착하고, 포어 내부에 증착된 금 나노구조체를 선택적으로 수거하는 방법을 이용하였다 [1]. 특히 금 증착 시, 빗각으로 증착 (oblique-angle deposition)을 하여 지름이 다른 두 개의 디스크가 적층되어 있는 구조를 형성하는 것이 가능하였다. 증착 각도의 조절을 통해 적층된 두 디스크의 지름 비율을 변화시킬 뿐만 아니라, 2차원 디스크 형태의 나노구조체부터 3차원 디쉬 형태의 구조체도 제작이 가능함을 확인하였다. 제안된 하향식 나노공정을 통하여 합성된 금 나노구조체를 이용하여 광열 전환(photothermal heat conversion)과 광 간섭성 단층 (optical coherence tomography) 측정을 진행하였고, 서로 다른 두 개의 디스크가 적층된 형태의 금 나노구조체는 상용 금 나노로드 (Au nanorod) 보다 높은 광 열 전환 효율을 갖을 뿐 아니라 우수한 OCT 이미징 특성을 보였다. 광열 전환 및 OCT 이미징 실험 결과는 각각 플라즈모닉 나노구조의 광흡수, 광산란 특성에 기반하므로, 본 연구를 통하여 제안된 금 나노구조체는 광흡수 및 광산란을 기반한 바이오이미징 나노프로브로 유용하게 사용될 수 있을 것으로 전망된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.98-98
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• 2013

완전화 박막이란 사용자가 원하는 용도에 맞게 최적의 성능을 구현하도록 제조된 박막을 의미하며 금속이나 화합물 박막을 제조하되 각종 구조 제어 Tool이나 증착 공정을 변화시켜 나노화와 다층화 또는 치밀화를 통해 구현될 수 있다. 최근 고성능의 증착 및 제어 Tool이 개발되고 빗각증착(Oblique Angle Deposition)이나 스침각 증착(Glancing Angle Deposition) 방법 등의 기술이 개발되면서 사용자 목적에 최적인 박막 소재를 제공하여 User-friendly한 응용을 위한 연구개발이 활발히 진행되고 있다. 완전화 박막 제조에 대한 시도는 1990년대에 일본에서 시작되었다. 일본에서는 산학연이 공동으로 참여하는 NEDO 프로그램을 통해 경질코팅을 이용한 Protective Layer를 제조하여 차단 방식에 의한 내식성 구현 연구를 수행하였다. 유럽에서는 제 7차 European Framework Program (7th FT)을 통해 2007년부터 CORRAL (Corrosion Protection with Perfect Atomic Layer) 프로젝트를 만들어 완전화 박막 연구를 진행하고 있다. 상기 프로젝트는 얇은 자연 산화막이 Bulk의 부식을 방지해주는 것에 착안하여 HIPIMS나 Filtered Arc 또는 ALD 공정을 이용하여 자연 산화막과 유사한 Defect-free 산화막을 제조하여 Barrier형 내식성 박막을 구현하는 것을 목표로 하고 있다. 본 연구에서는 완전화 박막 구현을 위한 연구동향을 파악하고 완전화 박막 제조를 위한 기술적 과제와 몇 가지의 시도에 대한 기초 연구 자료를 소개한다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2017.05a
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• pp.93-93
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• 2017

고전력 펄스 전원공급장치를 이용한 마그네트론 스퍼터링(high-power impulse magnetron sputtering; HiPIMS)과 직류(direct current; DC) 전원공급장치를 이용한 마그네트론 스퍼터링(DC 스퍼터링)을 이용하여 제조한 티타늄 질화물(titanium nitride; TiN) 박막의 특성을 비교하였다. HiPIMS와 DC 스퍼터링 공정 중에 빗각증착을 적용하여 TiN 박막의 미세구조와 기계적 특성의 변화를 확인하였다. TiN 박막을 코팅하기 위한 기판으로 스테인리스 강판(SUS304)과 초경(cemented carbide; WC-10wt.%Co)을 사용하였다. 기판은 알코올과 아세톤으로 초음파 처리를 실시하여 기판 표면의 불순물을 제거하였다. 기판 청정 후 진공용기 내부의 기판홀더에 기판을 장착하고 $2.0{\times}10^{-5}torr$의 기본 압력까지 진공배기를 실시하였다. 진공 용기의 압력이 기본 압력에 도달하면 아르곤(Ar) 가스를 진공용기 내부로 ${\sim}10^{-2}torr$의 압력으로 주입하고 기판홀더에 라디오 주파수(radio frequency; rf) 전원공급장치를 이용하여 - 800 V의 전압을 인가하여 글로우 방전을 발생시켜 30 분간 기판 표면의 산화막을 제거하는 기판청정을 실시하였다. 기판청정이 완료되면 기본 압력까지 진공배기를 실시하고 Ar과 질소($N_2$)의 혼합 가스를 진공용기 내부로 ${\sim}10^{-3}torr$의 압력으로 주입하여 HiPIMS와 DC 스퍼터링으로 TiN 박막 제조를 실시하였다. 빗각의 크기는 $45^{\circ}$와 $-45^{\circ}$이었다. 제조된 TiN 박막은 주사전자 현미경, 비커스 경도 측정기 그리고 X-선 회절 분석기를 이용하여 특성을 분석하였다. HiPIMS로 제조한 TiN 박막은 기판 전압을 인가하지 않아도 색상이 노란색을 보이지만, DC 스퍼터링으로 제조한 TiN 박막은 기판 전압을 인가하지 않으면 노란색을 보이지 않고 어두운 갈색에 가까운 색을 보였다. TiN 박막의 경도는 HiPIMS로 제조한 TiN 박막이 DC 스퍼터링으로 제조한 TiN 박막보다 높았다. 이러한 TiN 박막의 특성 차이는 DC 스퍼터링과 비교하여 높은 HiPIMS의 이온화율에 의한 결과로 판단된다. 빗각을 적용한 TiN 박막은 미세구조 변화를 보였으며 이러한 미세구조 변화는 TiN 박막의 특성에 영향을 미치는 것을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.168.2-168.2
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• 2014

반사방지막 코팅(Anti-reflection coating)은 태양전지(Solar cell), 발광다이오드(LED) 등의 반사율을 낮추어 효율을 증대시키기 위하여 사용되고 있다. 본 실험에서는 유리 기판 위에 실리콘 타겟을 이용한 반응성 high power impulse magnetron sputtering (HIPIMS) 장비를 활용하여, 높은 공정 압력(High-pressure)에서 펄스폭(Pulse width)을 조절하여 $SiO_2$ 반사방지막 코팅층을 형성하였다. 또한, 기공이 더 많은 박막을 제작하기 위해 빗각증착(Oblique-angle deposition)을 적용하여 더 좋은 광학 특성을 갖는 반사방지막 코팅층을 형성하였다. UV-Vis spectrometer를 이용하여, 380~800 nm 파장에서 투과율(Transmittance)을 측정하여 비교, 분석하였다. Ellipsometer를 이용하여 $SiO_2$ 박막층의 굴절률(Refractive index)을 측정한 결과, 반사방지막 코팅층 내부 기공에 따라 다양한 굴절률을 가지는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 코팅층 내부 기공의 형상을 확인하기 위해 SEM(Secondary electron microscopy)을 활용하여 코팅층 단면(Cross section)을 측정하였다. 이를 활용하여 낮은 굴절률을 갖는 반사방지용 $SiO_2$ 코팅층을 형성하여 태양전지의 광 변환 효율을 상승 시킬 수 있고, 발광다이오드의 광 추출 효율을 증가시킬 있을 것으로 여겨진다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2016.11a
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• pp.102-102
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• 2016

본 연구에서는 직류 전원(direct current; DC)을 이용한 스퍼터링과 고전력펄스 마그네트론 스퍼터링(high-power impulse magentron sputtering; HIPIMS)의 두 가지 방법과 빗각 증착을 적용하여 제조한 티타늄 질화물(TiN) 박막의 미세구조 변화가 물성에 미치는 영향을 확인하였다. TiN 박막은 99.5%의 Ti 타겟을 사용하고, Ar가스와 $N_2$ 분위기에서 스테인리스(SUS304)와 초경(cdmented carbide; WC-10wt.%Co) 기판위에 코팅하였다. 기판은 알코올과 아세톤으로 초음파 세척을 실시한 후 진공용기에 장착하고 기본 진공도인 ${\sim}2.0{\times}10^{-5}Torr$ 까지 진공배기를 실시하였다. 기판과 타겟 간의 거리는 DC 스퍼터링은 10 cm, HIPIMS 스퍼터링은 8.5 cm 이었다. 진공용기의 압력이 기본 진공도까지 배기되면 Ar 가스를 ${\sim}10^{-2}Torr$로 주입한 후 기판에 라디오 주파수(radio frequency; RF) 전원으로 약 -800 V의 전압을 인가하여 글로우 방전을 발생시키고 약 30 분간 청정을 실시하였다. 기판의 청정이 끝난 후 기본 진공도까지 배기한 후 Ar와 $N_2$ 가스를 ${\sim}10^{-3}Torr$로 주입하여 TiN 코팅을 실시하였다. 빗각의 크기는 $45^{\circ}$와 $-45^{\circ}$이며, TiN 박막의 총 두께는 약 $2.5{\sim}4.0{\mu}m$ 로 유지하였다. 공정조건에 따라 TiN 박막의 주상정은 형태와 기울어진 각도가 다른 것을 확인하였다. DC 스퍼터링으로 제조된 TiN 박막은 기판홀더에 약 -100 V 의 bias 전압을 인가하면 인가하지 않은 박막에 비해 치밀한 박막의 성장과 경도 값도 증가하는 사실을 확인하였다. 또한 빗각을 적용하고 bias 전압을 인가하지 않은 시편에서 박리현상이 일어났다. HIPIMS로 제조한 TiN 박막은 bias 전압을 인가한 박막과 인가하지 않은 박막의 주상정 형상과 경도 값에 큰 차이가 없었으며, 박막의 박리현상은 모든 시편에서 일어나지 않았다. DC 스퍼터링으로 제조한 TiN 박막은 bias 전압을 인가하지 않으면 색상이 노란색이 아닌 갈색으로 나타났으며, HIPIMS으로 제조한 박막은 bias 전압 인가 유무에 상관없이 노란색 색상을 나타냈다. 앞서 설명한 DC 스퍼터링과 HIPIMS의 공정조건에 따라 나타난 박막의 경도, 색상, 물성변화 차이는 DC 스퍼터링보다 높은 HIPIMS의 이온화율에서 기인한 것으로 생각된다. 본 연구결과를 이용하면 다양한 형태의 박막 구조 제어가 가능하고 이러한 미세구조 제어를 통해서 박막의 물성도 제어가 가능할 것으로 판단된다.