• 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.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.566-566
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• 2013

종래의 흑연 위주 연료전지 분리판에서 최근 고분자 전해질 막 연료전지가 높은 전력, 낮은 작동 온도로 자동차 산업에서 상당한 주목을 받고 있다. 분리판의 기술적 요구사항은 높은 전기 전도도, 높은 내식성, 가스 밀봉성, 경량성, 가공성, 저비용 등이다. 후보 물질로는 전기 전도성을 갖는 질화물계가 고려되고 있다. 기판으로는 스테인레스강이 가장 유력하며 Fe에 첨가된 Ni, Cr이 존재하므로 Cr 또는 CrN를 박막의 형태로 전자빔 증발법, 마그네트론 스퍼터링법으로 고속 증착하려는 시도가 있었다. 본 연구에서는, 스테인리스 강박(0.1 mm 이하)에 보호막으로 CrN을 선택하고 고속, 고품질증착을 위해서 새로운 방법인 스퍼터 승화법을 개발하였다. 박막의 품질을 개선할 수 있는 고밀도 유도 결합 플라즈마 영역 내에 Cr 소스를 직류 바이어스 함으로써 가열 및 스퍼터링이 일어나도록 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 반응성 증착 공정의 결과로 얻어지는 CrN 박막의 특성을 분석하였다. N2의 유량이 증가할수록 $Cr_2N$이 감소하고, CrN이 증가하는 것을 확인하였다. 또한 부식성과 접촉저항을 측정하였다. 부식 전위는 N20 SCCM 보다 모두 상승하는 것을 확인하였고, $N_21$ SCCM에서 부식 전류 밀도가 2.097E-6 (at 0.6V) $A/cm^2$로 나타났다. 접촉저항 에서는 시료 당 3군데(top, center, bottom)를 측정하였다. 전기전도도 측면에서 가장 좋은 결과는 $N_21$ SCCM 일 때 $28.8m{\Omega}{\cdot}cm^2$의 접촉저항을 갖는 경우였다. 미국 에너지성의 기준은 부식 전류밀도 1.E-6 $A/cm^2$이하, 접촉 저항 $0.02{\Omega}m^2$이므로 매우 근접한 결과를 보이고 있다.

• Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
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• v.10 no.4
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• pp.211-217
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• 1999

In order to investigate the possibilities of microbatteries using TiNi type metal hydride, TiNi films were prepared by DC magnetron sputtering. The films were deposited under various Ar flow rates, DC powers and target-to-substrate distances to find the optimum sputtering conditions. The deposition rate of TiNi thin film increased by increasing the DC power and by decreasing the Ar flow rate and target-to-substrate distance. The chemical composition of the film changed as a target-to-substrate distance. The crystal structure of the film was amorphous state just after deposition and changed to crystalline by vacuum heat treatment.

• Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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• 2004.10a
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• pp.467-470
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• 2004

Diamond-Like Carbon (DLC) thin film is a semiconductor with high mechanical hardness, low friction coefficient, high chemical inertness, and optical transparency. DLC thin films have widespread applications as protective coatings and solid lubricant coatings in areas such as Hard Disk Drive (HDD) and Micro-Electro-Mechanical-Systems (MEMS). In this work, the wear characteristics of DLC thin films deposited on silicon substrates using a DC-magnetron sputtering system were analyzed. The wear tracks were measured with an Atomic Force Microscope (AFM). To identify the sp2 and sp3 hybridization of carbon bonds and other bonds Raman spectroscopy was used. The structural information of DLC thin films was obtained with Fourier transform infrared spectroscopy and wear tests were conducted by using a micro-pin-on-reciprocator tester. Results showed that the wear characteristics were dependent on the sputtering conditions. The wear rate could be correlated with the bonding state of the DLC thin film.

• Journal of the Korean institute of surface engineering
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• v.52 no.6
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• pp.342-349
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• 2019

Titanium nitride(TiN) thin films have been deposited on PEN(Polyethylene naphthalate) substrate by reactive RF(13.56 MHz) magnetron sputtering in a 25% N₂/Ar mixed gas atmosphere. The pulsed DC bias voltage of -50V on substrates was applied with a frequency of 350 kHz, and duty ratio of 40%(1.1 ㎲). The effects of pulsed DC substrate bias voltage on the crystallinity, color, electrical properties of TiN_x films have been investigated using XRD, SEM, XPS and measurement of the electrical properties such as electrical conductivity, carrier concentration, mobility. The deposition rates of TiN_x films was decreased with application of the pulsed DC substrate bias voltage. The TiN_x films deposited without and with pulsed bias of -50V to substrate exhibits gray and gold colors, respectively. XPS depth profiling revealed that the introduction of the substrate bias voltage resulted in decreasing oxygen concentration in TiN_x films, and increasing the electrical conductivities, carrier concentration, and mobility to about 10 times, 5 times, and 2 times degree, respectively.

• Journal of the Semiconductor & Display Technology
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• v.18 no.1
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• pp.1-4
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• 2019

Reactive sputtering is widely used because of its high deposition rate and high step coverage. The deposition layer is often affected by target poisoning because the target conditions are changed, as well, by reactive gases during the initial stage of sputtering process. The reactive gas affects the deposition rate and process stability (target poisoning), and it also leads unintended oxide interlayer formation. Although the target poisoning mechanism has been well known, little attention has been paid on understanding the interlayer formation during the reactive sputtering. In this research, we studied the interlayer formation during the reactive sputtering. A DC magnetron sputtering process is carried out to deposit an aluminum oxide film on a silicon wafer. From the real-time process monitoring and material analysis, the target poisoning phenomena changes the reactive gas balance at the initial stage, and affects the interlayer formation during the reactive sputtering process.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2003.07a
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• pp.420-423
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• 2003

[ $TiO_2$ ] thin films were fabricated by DC magnetron sputtering system at by controlling deposition times, ratios of $Ar:O_2$ partial presser ratio and substrate conditions. And the surface, cross-section morphology, microstructure, and composition ratio of the films were analyzed by FE-SEM, TEM and XPS. Besides, the optical absorption and transmittance of the $TiO_2$ films were measured by a UV-VIS-NIR Spectrophotometer, and photocatalytic properties were studied by G C Analyzer & Data Analysis system. As the result, when $TiO_2$ thin film was made at deposition time of 120[min] and $Ar:O_2$ ratio of 60:40, the best structural and optical properties among many thin films could be accepted. The best results of properties were as follows: thickness; $360{\sim}370[nm]$, grain size; 40[m], gap between two peak binding energy, $5.8{\pm}0.05[eV]$ ($2p_{3/2}$ peak and $2p_{1/2}$ peak of Ti was show at $458.3{\pm}0.05[eV]$ and $464.1{\pm}0.05[eV]$ respectively), binding energy; $530{\pm}0.05\;[eV]$, opticalenergy band gap; 3.4[eV].

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.39 no.10
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• pp.928-934
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• 2002

Gallium doped Zinc Oxide(GZO) films were deposited by dc magnetron sputtering using a GZO ceramic target at various conditions such as substrate temperature (RT, 400), residual water pressure ($P_{H_2O}$; 1.61${\times}10^{-4}∼2.2{\times}10^{-3}$ Pa), introduction of $H_2$ gas (8.5%) and different magnetic field strengths(250, 1000G). GZO films deposited without substrate heating showed clear degradation in film crystallinity and electrical properties with increasing $P_{H_2O}$. The resistivity increased from 3.0${\times}10^{-3}$ to 3.1${\times}10^{-2}{\Omega}㎝$ and the grain size of the films decreased from 24 to 3 nm when PH2O was increased from 1.61${\times}10^{-4}$ to 2.2${\times}10^{-3}$ Pa. However, degradation in electrical properties with increasing $P_{H_2O}$ was not observed for the films deposited with introduction of 8.5% $H_2$. When magnetic field strength of the cathode increased from 250G to 1000G, crystallinity and electrical properties of GZO films improved remarkably about all the $P_{H_2O}$. This result could be attributed to the decrease in film damage caused by the decrease in plasma impedance.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.404-404
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• 2012

저차원계 탄소 동소체는 특유의 구조에서 기인하는 우수한 물리적 성질로 인해 각광받고 있는 물질이다. 탄소원자가 육각형 격자 모양을 지닌 2차원계 물질인 그래핀(graphene)은 뛰어난 전기적, 물리적, 광학적 성질로 인해 전계효과 트랜지스터(field effect transistors), 투명전극(transparent electrodes), 에너지 저장체, 복합체, 화학/바이오 센서 등 다양한 분야에서 활용을 위한 연구가 진행되고 있다. 또한 그래핀이 튜브형태로 말려있는 1차원계 물질인 탄소나노튜브(carbon nanotube)의 전기적, 열적, 기계적 성질은 이를 전계방출 디스플레이(field emission display), 전도성 플라스틱, 가스 저장체, 슈퍼 커패시터 등에 적용가능하게 한다. 최근 2차원계 물질인 그래핀과 1차원계 물질인 탄소나노튜브의 장점을 극대화하기 위한 복합 나노 구조에 대한 다양한 연구가 진행되고 있는 추세이다[1-5]. 본 연구에서 그래핀-탄소나노튜브 혼성 구조의 제작은 다음과 같이 진행되었다. 우선 열 화학기상증착법(thermal chemical vapor deposition)을 이용하여 그래핀을 합성하였다. 합성된 그래핀은 메타크릴산메탈 수지(polymetylmethacrylate; PMMA)를 이용한 전사(transfer)방법을 이용하여 원하는 기판에 위치시키고, 직류 마그네트론 스퍼터링(DC magnetron sputtering)을 이용하여 탄소나노튜브의 합성을 위한 촉매층을 증착하였다. 이후 열 화학기상증착법을 이용하여 그래핀 위에 탄소나노튜브를 합성함으로써 그래핀-탄소나노튜브 혼성 구조를 제작하였다. 합성된 그래핀-탄소나노튜브의 구조적 특징은 주사 전자 현미경(scanning electron microscopy)을 통해 확인하였고, 촉매의 표면 형상 및 화학적 상태는 원자힘 현미경(atomic force microscopy)과 X선 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy)을 통해 확인하였다. 또한 제작된 그래핀-탄소나노튜브의 전기적 특성 측정을 통해 나노전자소자로의 응용가능성을 조사하였다.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.15 no.4
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• pp.1-7
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• 2008

We studied a growth behavior of Intermetallic compounds(IMCs) during solder bumping with two reflow methods. Ti(50 nm), Cu($1{\mu}m$), Au(50 nm) and Ti(50 nm) thin films were deposited on $SiO_2$/Si wafer using the DC magnetron sputtering system as the under bump metallization(UBM). And the $5{\mu}m$ thick Cu bumps and $20{\mu}m$ thick Sn bumps were fabricated on UBM by electroplating. Sn bumps were reflowed in RTA(Rapid Thermal Annealing) system and convection reflow oven. When RTA system was used, reflow was possible without using flux and IMC thickness formed in the solder interface was thinner than that of a convectional method.