• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.47 no.5
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• pp.467-473
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• 2010

The objective of this study is to prepare lead-free thick film resistor (TFR) paste compatible with AlN substrate for hybrid microelectronics. For this purpose, CaO-ZnO-$B_2O_3-Al_2O_3-SiO_2$ glass system was chosen as a sintering aid of $RuO_2$. The effects of the weight ratio of CaO to ZnO in glass composition, the glass content and the sintering temperature on the electrical properties of TFR were investigated. $RuO_2$ as a conductive and glass powder were dispersed in an organic binder to obtain printable paste and then thick-film was formed by screen printing, followed by sintering at the range between $750^{\circ}C$ and $900^{\circ}C$ for 10 min with a heating rate of $50^{\circ}C$/min in an ambient atmosphere. The addition of ZnO to glass composition and sintering at higher temperature resulted in increasing sheet resistance and decreasing temperature coefficient of resistance. Using $RuO_2$-based resistor paste containing 40 wt%glass of CaO-20.5%ZnO-25%$B_2O_3$-7%$Al_2O_3$-15%$SiO_2$ composition, it is possible to produce thick film resistor on AlN substrate with sheet resistance of $10.6\Omega/\spuare$ and the temperature coefficient of resistance of 702ppm/$^{\circ}C$ after sintering at $850^{\circ}C$.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.21 no.11
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• pp.634-638
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• 2011

We report growth of epitaxial AlN thin films on c-plane sapphire substrates by plasma-assisted molecular beam epitaxy. To achieve two-dimensional growth the substrates were nitrided by nitrogen plasma prior to the AlN growth, which resulted in the formation of a two-dimensional single crystalline AlN layer. The formation of the two-dimensional AlN layer by the nitridation process was confirmed by the observation of streaky reflection high energy electron diffraction (RHEED) patterns. The growth of AlN thin films was performed on the nitrided AlN layer by changing the Al beam flux with the fixed nitrogen flux at 860$^{\circ}C$. The growth mode of AlN films was also affected by the beam flux. By increasing the Al beam flux, two-dimensional growth of AlN films was favored, and a very flat surface with a root mean square roughness of 0.196 nm (for the 2 ${\mu}m$ ${\times}$ 2 ${\mu}m$ area) was obtained. Interestingly, additional diffraction lines were observed for the two-dimensionally grown AlN films, which were probably caused by the Al adlayer, which was similar to a report of Ga adlayer in the two-dimensional growth of GaN. Al droplets were observed in the sample grown with a higher Al beam flux after cooling to room temperature, which resulted from the excessive Al flux.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.346-347
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• 2012

최근 화석연료 대체 에너지원으로서 자동차용으로 연구 개발 및 응용되고 있는 고분자 전해질 연료전지(PEMFC: Proton exchange membrane fuel cells)에서 분리판(Bipolar Plate)은 스택 전체 무게의 80%, 스택 가격의 60% 정도로 가장 높은 비중을 차지한다. 분리판은 연료와 산화제를 공급해주는 통로 및 전지 운전 중에 생성된 물을 제거하는 통로 역할과 anode, cathode로서 전극 역할을 통해 스택 전력을 형성하는 핵심 기능과 전지와 전지 사이의 지지대 역할을 한다. 따라서 분리판은 전기전도성, 내부식성 및 기계적 특성이 우수해야함은 물론이고, 얇고 가벼우며 가공성이 뛰어나야 한다. 현재 가장 많이 사용되고 있는 금속 분리판 소재 중 스테인리스 스틸은 전기적, 기계적 특성 및 내부식성이 우수한 반면, 가격이 비싸고, 중량이 무거운 단점이 있다. 따라서 본 연구에서는 DC 반응성 마그네트론 스퍼터링법으로 전기적, 기계적 특성 및 내부 식성이 우수한 TiN, TiCN 박막을 스테인리스에 비해 중량이 1/3, 소재 단가가 1/4인 알루미늄 기판 위에 증착하여 박막 물성을 평가하였다. DC Power는 400 W, 기판과 타겟 사이의 거리는100 mm, 공정 압력은 0.5 Pa로 고정하였고, 3 inch의 지름과 순도 99.95%를 갖는 티타늄 타겟을 사용하였다. 공정 가스는 Ar을 주입하였으며, 질소와 탄소의 공급원으로는 질소($N_2$)와 메탄($CH_4$) 가스를 사용하여 챔버 내 주입혼합가스의 전체 유량을 50 sccm으로 고정시켰다. 증착된 박막의 전기적, 기계적 특성을 측정하였고, X-ray diffraction (XRD), Scanning electron microscope (SEM)을 이용하여 박막의 미세구조 및 표면 상태를 확인하였다. 또한, 내부식 특성을 평가하기 위해 potentiostatic, potentiodynamic 법을 이용하여 박막의 부식저항을 측정하였다. 증착된 TiN 박막의 경우 질소 함량의 증가에 따라 박막 증착속도는 감소하는 경향을 보였다. 이는 타겟 부근의 질소 라디칼 비율이 증가함에 따라 질화반응이 촉진된 것으로 생각된다. 또한, 증착된 TiN과 TiCN 박막은 반응성 질소 유량과 탄소 유량에 따라 각각 다른 미세구조를 가지는 것을 확인하였다. TiN과 TiCN은 NaCl형의 면심입방격자(FCC)로 같은 구조이며, 격자상수가 비슷하여 전율고용되어 TiCN을 형성하고, 탄소와 질소의 비에 따라 전기적 기계적 특성이 달라짐을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.269-269
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• 2011

티타늄-알루미늄(Titanium-Aluminum) 질화물(Nitride)은 고경도 난삭재의 고능률 절삭 분야에 사용되는 공구의 수명 향상을 위한 표면처리 소재로 각광을 받고 있다. 건식고속가공을 효과적으로 수행하기 위해서는 코팅막 재료가 가공 중 발생하는 고온에서도 견디는 우수한 내산화성을 지니면서 내마모, 내충격 특성등의 기계적 성질이 우수한 코팅을 필요로 하며 이러한 분야에 TiAlN을 적용하기 위한 많은 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 아크(Cathodic Arc) 코팅을 시스템을 이용하여 N2 유량변화에 따라 TiAlN 박막을 제조하고 그 특성을 평가하였다. 아크 소스에 장착된 타겟은 120 $mm{\Phi}$, Ti : Al=50 : 50 at% 의 TiAl 타겟을 사용 하였고, 시편과 타겟 간의 거리는 약 30 cm이며, 시편은 SUS를 사용하였다. 시편을 진공용기에 장착하고 ~10-6 Torr까지 진공배기를 실시하고, Ar 가스를 진공용기 내로 공급하여 ~10-4 Torr에서 시편에 bias (Pulse : 400V)를 인가한 후 아크를 발생시켜 약 5분간 청정을 실시하였다. 플라즈마 청정이 끝나면 시편에 인가된 bias를 차단하고 N2 유량을 변화시키며 코팅을 실시하였다. 질소 유량이 증가함에 따라 색상은 회색에서 어두운 보라색으로 변화하였고 SEM 사진을 통해 Micro paticle 이 감소하는 것을 확인 할 수 있었으며 이는 질소유량이 증가 할수록 표면조도 또한 감소하는 분석결과와도 일치하였다. XRD 분석을 통해 질소 유량이 160 sccm 이상에서 TiAlN이 합성되는 것을 볼 수 있었고 질소 유량이 240 sccm일 때 가장 높은 경도를 보였다. 따라서 본 연구에서 얻어진 결과를 바탕으로 더욱 다양한 조건에서 TiAlN 코팅에 응용한다면 다양한 색상 구현과 내마모성 등에서 많은 장점을 얻을 수 있을 것으로 예상된다.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.6 no.4
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• pp.41-48
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• 1999

Silica is the most popular materials as a filler of EMC for microelectronic packaging. However, because of its low thermal conductivity, the use of silica is restricted to parts requiring high thermal dissipation. The superior fluidity of EMC can be achieved with a combination of filler size distribution. In this study, physical properties of EMC filled with the crystalline silica(13$\mu\textrm{m}$) which have high fluidity and low cost and the AlN(2 $\mu\textrm{m}$) which have high thermal conductivity and low coefficient of thermal expansion were evaluated by changing the AlN/silica ratios. As a result of the evaluation of physical properties of EMC, the optimum mixing ratio of AlN/crystalline silica was 0.3/0.7. In this condition, binary mixture(AlN/crystalline silica) filled EMC showed superior properties, i.e., in the thermal conductivity, CTE, dielectric constant, flexural strength, and thermal shock resistance without reduction of fluidity.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.19 no.1
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• pp.33-38
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• 2009

The effect of ${Y_2}{O_3}$ as a sintering additive on thermal conductivity and microstructure of pressureless sintered AIN ceramics was investigated at sintering temperature range from 1,700 to $1,900^{\circ}C$. ${Y_2}{O_3}$ added AIN specimens showed higher densification rate than pure AIN because of the formation of the yttrium aluminates secondary phase by reaction of ${Y_2}{O_3}$ and ${Al_2}{O_3}$ of AIN surface. The thermal conductivity of AIN specimens was promoted by the addition of ${Y_2}{O_3}$ in spite of the formation of secondary phase in AIN gram boundaries and grain boundary triple junction, because ${Y_2}{O_3}$ addition could reduced the oxygen contents in AIN lattice which is primary factor of thermal conductivity. The them1al conductivity of AIN specimens was promoted by increasing sintering time because the increases of average grain size and the elimination of secondary phases from the grain boundary due to the evaporation. Particularly. the thermal conductivity of AIN specimen sintered at $1,900^{\circ}C$ for 5 hours improved over 20 %. $141\;Wm^{-1}K^{-1}$, compared with the specimen sintered at $1,900^{\circ}C$ for 1 hour.

• Composites Research
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• v.36 no.6
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• pp.435-440
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• 2023

This study aimed to enhance the thermal conductivity of B₄C/Al composite materials, commonly used in transport/storage containers for spent nuclear fuel, by incorporating both boron carbide (B₄C) and cubic boron nitride(cBN) as reinforcing agents in an aluminum (Al) matrix. The composite materials were successfully manufactured through a stir casting process and practical neutron-absorbing materials were obtained by rolling the fabricated composite ingot. The evaluation of the thermal conductivity of the fabricated composites was carried out because thermal conductivity is critical for neutron absorbing materials. The thermal conductivity measurement results indicated an approximately 3% increase in thermal conductivity under the same volume fraction when compared to composite materials using only B₄C particles. Through neutron absorption cross-sectional area calculations, it was confirmed that the neutron absorption capability decreased to a negligible level. Based on the findings of this study, new design approaches for neutron absorption materials are proposed, contributing to the development of high-performance transport/storage containers.