• 한국결정성장학회지
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• 제6권2호
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• pp.229-237
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• 1996

액상의 미립자를 이용하여 저온 플라즈마 반응로 안에서 $YBa_{2}Cu_{3}O_{x}$ 초전도체상을 MgO 단결정 위에 in-situ 증착하였다. 금속화합물의 용해도, 분해온도와 용매의 증기압이 이공정 방법에서 중용한 인자로 나타났으며, 초전도체상의 증착실험 조건은 산소분압이 0.3에서 2.7 kPa, 증착온도가 $800^{\circ}C$에서 $940^{\circ}C$까지이었다. 초전도체상을 위한 최적의 증착조건은 CuO 상전이선에 근접하게 나타났다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2009년도 춘계학술발표대회
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• pp.52.2-52.2
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• 2009

Si 박막형 solar cell은 Si 결정형 solar cell대비 cost 및 대면적화 측면에서 장점을 가지고 있다. 그러나 amorphous Si의 경우 light soacking에 의한 열화 문제가 있고, microcrystalline Si의 경우 요구되는 효율 확보를 위하여 $1.5{\mu}m$ 이상 두께가 필요하며, 증착율이 $5{\AA}/sec$.이하인 단점이 있다. 본 연구에서는 high deposition rate로 microcrystalline Si를 증착하기 위하여 high frequency, high power PECVD를 이용하였으며, RF power, 증착온도, H2/SiH4 ratio의 3인자를 3수준으로 변화시킨 완전요인배치 실험을 실시하였다. 실험결과 증착율은 $8.0{\AA}/sec.{\sim}52.8{\AA}/sec$ 범위, crystalline fraction은 0%~83.3% 범위의 결과를 얻었으며, 결정이 형성된 조건에서는 XRD분석결과 $2\theta=28.5$ 및 47.5에서 Si (111), (220) peak을 확인할 수 있었다. Surface Profilometer 를 이용한 surface roughness의 경우 $6.3{\AA}\sim32.4{\AA}$ 범위의 결과를 얻었으며, crystalline Portion이 높을수록 surface roughness가 증가함을 알 수 있었다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2009년도 추계학술대회 초록집
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• pp.119-120
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• 2009

진공증착 및 이온플레이팅 방법을 이용하여 냉간 압연된 강판상에 알루미늄 피막을 형성시킨 후, 증발율 및 증기분포 변화를 측정하고 각 증착방법에서의 증발율에 따른 증기분포 변화를 비교 및 검토하였다. 본 실험에서의 이온플레이팅은 증발원 근처에 이온화전극을 설치하는 방법으로 고전류 아크 방전을 유도하여 $10^{-4}$ Torr 이하에서도 기존의 이온플레이팅에 비해 높은 이온화율을 얻을 수 있는 아크방전 유도형 이온플레이팅 (Arc-induced Ion Plating; AIIP) 방법을 이용하였다. 전자빔을 이용하면서 알루미나 크루시블을 사용하여 알루미늄을 증발시킬 경우 분당 $2.0{\mu}m$ 이상의 높은 증발율을 얻을 수 있었으며, 이온플레이팅의 경우 이온화된 증기의 상호작용에 따른 산란 효과로 증발율이 다소 낮아짐을 알 수 있었다. $cos^n\phi$로 이루어지는 증기분포의 결정인자(n)의 값이 진공증착의 경우는 1에 근접하는 것으로 나타났고 AIIP의 경우는 2 또는 그보다 더 큰 값으로 이루어지는 것을 확인하였다. 이로부터 이온플레이팅의 경우 불활성 가스의 존재 여부와 이온화율 또는 기판 바이어스 전압의 효과가 다른 조건에 비해 증기분포에 더 크게 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2008년도 하계학술대회 논문집 Vol.9
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• pp.370-370
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• 2008

ITO 박막은 현재 차세대 디스플레이인 LCD, PDP, ELD 등의 평판 디스플레이의 화소전극 및 공통전극으로 가장 많이 적용되고 있는 소재이며, 최근에는 태양전지의 투명전극으로 그 용도가 더욱 증가되고 있다. 이러한 소자들의 투명 전도막으로 사용되기 위해서는 가시광선 영역에서 80% 이상의 높은 투과도와 낮은 면 저항을 가져야 한다. 광 투과도와 면 저항은 ITO 박막의 증착조건에 따라 변하게 되는데 본 연구에서는 DC 마그네트론 스퍼터링법을 이용하여 Indium-Tin Oxide (ITO) 박막을 제작하고, 제작된 ITO 박막의 전기적 특성과 광학적 특성을 측정하여 공정조건에 따른 박막의 특성 변화를 평가하였다. 증착 조건은 주로 기판 온도와 증착 시간을 변화시켰다. 본 실험에서는 $In_2O_3$ : $SnO_2$의 조성비가 9:1 비율의 순도 99.99% ITO 타겟을 사용하였으며, coming 1737 glass를 30$\times$30 mm 크기로 가공하여 기판온도와 증착시간을 변화시키면서 ITO 박막을 제조하였다. 예비실험을 통해 인가전력 50W, 초기 진공 $2\times10^{-6}$ Torr, 작업 진공 $3.5\times10^{-2}$ Torr, 기판과 타겟 사이의 거리를 10 cm로 고정하였다. 기판 온도는 히터를 가열하지 않은 상온 ($25^{\circ}C$)에서 $400^{\circ}C$까지의 범위에서 변화시켰고, 증착시간은 5분에서 30분까지의 범위에서 변화시켰다. 증착된 박막의 면 저항 촉정을 위해 4 point probe를 사용하였고, 홀 (hall) 계수 측정기 (HMS-300)를 이용하여 홀 계수를 측정하였으며, 또한 박막의 두께는 $\alpha$-step을 사용하여 측정하였다. ITO 박막의 상분석을 위해 XRD를 사용 하였고, SEM을 이용하여 미세구조를 관찰하였다. 실험 결과로는 기판온도 $400^{\circ}C$, 증착시간 15분 이상에서는 면 저항이 모두 $8\Omega$/$\Box$이하로 낮게 나왔으며, 투과율 또한 모두 80% 이상의 높은 투과도를 보였다. 또한 ITO박막의 전기 전도도는 캐리어 농도와 이동도의 측정을 통해 두 가지 인자들에 의해 비례되는 것을 확인하였다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.103-103
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• 2009

플라스틱 기판위에 스퍼터링과 열 기상증착법을 이용하여 코팅된 주석 박막을 관찰하여 주석 박막의 형상 변화에 영향을 미치는 공정 요인을 알아보았다. 열 기상증착법에 의해 코팅된 주석 박막은 주석 소스의 양에 따라 쉽게 형상을 제어할 수 있었다. 하지만 박막과 기판의 부착력이 낮아 쉽게 박리가 일어났다. 스퍼터링으로 콘팅된 주석 박막은 기판과 부착력은 높았으나 코팅 시 인가된 전원의 세기, 코팅 시간, 코팅 시 진공도등 다양한 공정인자 조절에도 불구하고 형상에 큰 변화는 관찰하지 못하였다. 전원의 세기가 증가하면 주석의 섬 크기가 증가하고 코팅 시간이 늘어나면 전원의 세기가 증가한 것과 유사한 형상 변화가 있어다. 주석 박막 코팅 시 공정 압력은 낮추면 주석 섬의 크기가 감소하였는데 이는 스퍼터된 주석 이온의 평균 자유 행로가 길어져 비교적 작은 핵형성에 의해서 나타난 현상으로 판단된다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2008년도 추계학술대회 초록집
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• pp.63-63
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• 2008

Volmer-Weber 형의 성장을 하는 구리박막은 두께 증가에 따라 초기 압축, 인장, 2차 압축응력의 독특한 3단게 응력거동을 보인다. 인장응력의 경우 일반적으로 박막 두께 증가에 따른 과잉 부피를 줄이기 위해 결정립 성장 및 결정립 병합이 인장응력을 일으킨다고 보고되고 있다. 박막 증착시 결정립 크기는 증착속도, 증착된 원소의 이동도, 섬의 핵생성 속도 등 여러 가지 인자의 상호작용에 의해 결정되므로, 본 연구에서는 각각 다른 표면조도를 갖는 기판을 사용하여 결정립 성장 및 결정립 병합을 다르게 함으로써 고유인장응력 기구를 밝히고자 한다.

• 접착 및 계면
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• 제3권4호
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• pp.37-43
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• 2002

표면 개질 또는 박막 공정을 위하여 많은 박막 증착 기술들이 지속적으로 개발, 발전되어 왔다. 그러나, 증착된 박막의 접착성이 불량하여 사용 도중에 기판으로부터 분리된다면 아무리 좋은 성질을 가진 박막일지라 할지라도 제대로 사용될 수 없을 것이다. 이처럼 박막의 접착성은 박막의 기능 못지않게 매우 중요하다. 본 원고에서는 계면 구조와 박막의 접착력 사이의 관계와 박막의 접착력에 영향을 주는 인자들을 살펴보았다. 박막의 접착력에 영향을 주는 인자들에는 박막 및 기판의 화학 조성 및 구조, 박막과 기판의 반응성, 기판의 표면 거칠기, 박막의 잔류 응력 등과 같은 내부 인자와 하중, 온도, 습도, 부식환경 등의 외부 인자가 있는데, 이들을 어떻게 조절하여 박막의 접착력을 향상 또는 유지시키는 방법을 알아보았다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 1999년도 제17회 학술발표회 논문개요집
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• pp.146-146
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• 1999

BN은 천연에는 존재하지 않는 인공재료로서 특히 섬아연광형 질화붕소인 c-BN은 다이아몬드 다음가는 고경도, 높은 열전도도를 가지고 있을 뿐만 아니라 다이아몬드와는 달리 철계금속에 대해 화학적으로 매우 안정하기 때문에 다이아몬드의 응용이 매우 제한되고 있는 철강제품의 가공공구, 내마모 코팅재료로서 주목받고 있는 차세대 박막재료이다. 최근 c-BN박막 합성에 관한 많은 연구결과들이 보고되었는데 대부분의 연구자들이 성장하는 박막 표면에 입사되는 이온 에너지 및 유량이 c-BN 합성에 중요한 인자이며, 합성된 박막은 sp2결합층(h-BN)과 sp3결합층(c-BN)이 혼합되어 있음을 알 수 있다. 그러나 기존의 이온빔보조 합성법(IBAD) 공정에서는 입사빔과 증착물질이 공간적, 시간적으로 일치되는 경우에만 입사빔의 운동에너지가 증착공정에 기여하기 때문에 입사빔의 정밀한 에너지 조절이 어렵게 된다. 그러나 음이온 빔 직접 증착법에서는 입사이온빔 자신이 운동에너지를 운반하기 때문에 에너지 조절이 정밀할 뿐만 아니라 이를 통해 BN 박막의 상 및 성장거동을 조절할 수 있게 된다. 본 연구에서는 음이온 직접 증착법을 이용하여 c-BN박막을 합성하고 이의 초기성장층의 성장거동을 조사하였다. 증착시 음이온 빔의 에너지가 Bn 박막의 결정성에 미치는 영향을 알아보기 위하여 100~500eV의 보론 음이온빔을 조사하였으며 질소원으로는 낮은 낮은 에너지 범위의 질소이온을 동시에 공급하였다. FRIR 분석결과, 보론 이온의 에너지가 증가하면 cubic 상의 분율이 증가하였으며 증착된 박막은 15nm 두께의 sp2결합층이 먼저 성장한후 sp3결합층으로의 상전이가 일어났다. 질소이온빔의 에너지는 100eV 일 때 최대 cubic 함량과 두께를 보였으며 그 이상의 에너지에서는 c-BN 박막을 sputter시켰다. AFM 관찰결과, h-Bn층은 날카롭고 방향성을 가진 침상이었으며 c-BN 층은 atomically smooth 한 표면을 관찰할 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.186-186
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• 2013

종래의 흑연 위주 연료전지 분리판 개발되어 최근 고분자 전해질 막 연료전지가 높은 전력, 낮은 배기 가스 배출, 낮은 작동 온도로 자동차 산업에서 상당한 주목을 받고 있다. 요구사항은 높은 전기 전도도, 높은 내식성, 낮은 가스 투과성, 낮은 무게, 쉬운 가공, 낮은 제조비용이다. Thin film Cr 장비로 저항가열 furnace, sputter 등이 사용된다. 연료전지 분리판의 고전도도, 내부식성 보호막의 고속 증착을 위한 새로운 증착원으로 스퍼터 - 승화형 소스의 가능성을 유도 결합 플라즈마에 금속 봉을 직류 바이어스 함으로써 시도하였다. 유도 결합 플라즈마를 이용하여 승화증착 시스템을 사용하여 OES (SQ-2000)와 QMS (CPM-300)를 사용하여 $N_2$ flow에 따른 유도 결합 플라즈마를 이용한 스퍼터-승화증착 시스템을 사용 하여도 균일한 공정을 하는 것을 확인 하였다. 5 mTorr의 Ar 유도 결합 플라즈마를 2.4 MHz, 500 W로 유지하면서 직류 바이어스 전력을 30 W (900 V, 0.02 A) 인가하고, $N_2$의 유량을 0.5, 1.0, 1.5 SCCM로 변화를 주어 특성을 분석하였다. MID (Multiple Ion Detection) mode에서 유도결합 플라즈마를 이용한 스퍼터-승화 증착 장비를 사용하여 CrN thin flim 성장시켰고, deposition rate은 44.8 nm/min으로 얻을 수 있었다. 또한 $N_2$의 유량이 증가할 수록 bias voltage가 증가하는 것을 확인 할 수 있었다. OES time acquisition을 이용한 공정 분석에서는 $N_2$ 유량을 off 하였을 때 Ar, Cr의 중성 intensity peak이 상승하였고, 시간 경과에 따라 sublimation에 의한 영향이 없는 것을 확인 할 수가 있었다. XRD data에서는 질소 유량이 증가함에 따라 $Cr_2N$이 감소하고, CrN이 증가하는 것을 확인할 수가 있었다. 결정배향성과 Morphology는 다결정 재료의 경도에 영향을 주는 인자이다. CrN 결정 구조의 경우는 (200)면이 경도가 제일 높은데 (200)면에서 성장한 것을 확인 할 수 있었다. 잔류가스 분석 결과로는 일정한 Ar의 유량을 흘렸을 때 $N_2$의 변화량이 비례적인 경향이 보이는 것을 확인 할수 있었다. 또한 $N_2$가 흐르면서도 유도 결합 플라즈마를 이용한 스퍼터-승화 증착 시스템을 사용하면 일정한 공정을 하는 것을 확인 할 수 있었다. 질소의 분압이 유량에 따라서 $3.0{\times}10^{-10}$ Torr에서 $1.65{\times}10^{-9} $Torr까지 일정한 비율로 증가한다. 즉, 이 시스템으로 양산장비 설계를 하여도 가능 하다는 것을 말해준다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2012년도 춘계학술발표회 논문집
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• pp.144-144
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• 2012

스퍼터링 기술은 타겟 사용 효율 및 증착률 향상 개념에서의 소스 특성향상과, 증착 기판으로 이동하는 스퍼터링 입자량 및 이온화율 제어를 통한 코팅 박막의 특성향상 등 크게 두 축을 중심으로 발전되어 왔다. 특히 소스 특성 향상 관점에서 고진공에서의 스퍼터링 기술, 듀얼 마그네크론 스퍼터링 및 무빙 마그네트론 스퍼터링 기술 및 원통형 스퍼터링 기술이 개발되어왔으며, 코팅 박막의 특성 향상과 관련하여서는 스퍼터링 방전 내 플라즈마의 밀도의 증대 및 기판 입사 입자의 에너지 제어를 통한 박막의 치밀도 향상 연구가 많이 이루어져, UBM 또는 ICP 결합 스퍼터링 및 Arc-스퍼터링 혼합공정이 연구되어 왔다. 박막 증착에서 박막의 물성을 조절하는 주요인자는, 기판에 입사하는 입자의 에너지로, 그 조절 범위가 좁고 넓음에 따라 활용 가능한 코팅 공정의 window가 설정된다. 지난 15년간 증착박막의 물성 향상을 위하여 스퍼터링 소스의 제어 관점이 아닌 전원적 관점에서 스퍼터된 입자의 에너지 제어를 MF(kHz), Pulse 전원 사용을 통해 이루어져 왔고, 특히 High Impulse Pulse를 이용한 HiPIMS 기법이 연구개발과 시장의 이해가 잘 어울려져 많은 발전을 이루고 있다. HiPIMS 공정은 박막의 물성을 제어하는 관점을 스퍼터링에 사용되는 보조 가스인 Ar 이온에 의존하지 않고, 직접 스퍼터된 입자의 이온화를 증대시키고, 이 이온화된 입자를 활용하여 증착 박막의 치밀성 및 반응성을 증대시켜, 박막특성을 제어하는 기술이다. HiPIMS의 경우, 초기 개발 당시에는 고에너지, 고이온화의 금속 이온을 대량 생성할 수 있다는 이론적 배경에서 연구되었다. 그러나 연구 개발이 진행되면서, 박막의 물성과 증착률 등 상반된 특성이 나타나면서 이에 대한 전원장치의 개량이나 스퍼터링 소스의 개선 등 다양한 개발 연구들이 요구되고 있다. 재료연구소에서는 스퍼터링 기술에서 가장 문제가 되고 있는 타겟 사용효율화 관점 및 스퍼트된 입자의 이온화률 증대에 대한 두 가지 문제를 동시에 해결할 수 있는 방안으로 고밀도 플라즈마를 이용한 스퍼터링 기술을 개발하고 있다. 본 발표에서는 이러한 HiPIMS의 연구 개발 동향과 고밀도 플라즈마를 이용한 스퍼터링 기술에 대한 연구 동향을 발표하고자 한다.