• Tribology and Lubricants
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• v.20 no.5
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• pp.237-244
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• 2004

Micro/nano tribological characteristics of PTFE coating films were experimentally studied. PTFE (polytetrafluoroethylene) modified polyethylene and low molecular weight PTFE were used as a coating materials. These films were deposited on Si-wafer (100) by IBAD (ion beam assisted deposition) method. The Ar ion beam sputtering was performed to change the surface topography of films using a hollow cathode ion gun under different Ar ion dose conditions in a vacuum chamber. Micro/nano tribological characteristics, water wetting angles and roughness were measured with a micro tribotester, SPM (scanning probe microscope), contact anglemeter and profilometer, respectively. The durability of the films were measured with macro tribotester. Results showed that the PTFE coating surfaces were converted to hydrophobic. The water contact angle of coated surfaces and surface roughness increased with the coating thickness. Adhesion and friction in micro and nano scale were governed by magnitude of normal load in soft material such as PTFE films. As the increase of sputtering time on low molecular weight PTFE films, the surface roughness was increased and nano adhesion and friction were decreased. The nano tribological characteristics of surfaces are mainly improved by chemical modification such as PTFE coating and given a synergy effect by the physical modification such as topographic modification.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.13 no.1
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• pp.36-40
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• 2003

The diamond-like nanocomposite (DLN) thin films were deposited on Si substrates using $CH_4/(C_2H_5O)_4Si/H_2$/Ar gas mixtures as source gases by the plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD). The chemical structure and microstructure of grown films were investigated and their tribological properties were evaluated by a ball-on-plate type tribometer. The deposited DLN films mainly consisted of diamond-like a-C:H and quartz-like a-Si:O networks. The DLN films had a good agreement with tribological coating applications due to their extremely low friction coefficients and low wear rates.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.167-167
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• 2013

최근 발수 특성은 자동차 표면, 건축 구조물, 가전제품 및 모바일 기기 등 여러 분야에서 사용되고 점차 그 필요성이 대두되고 있다. 이러한 발수성의 표면은 연 잎이나 곤충의 날개, 도마뱀의 발바닥 등 자연계의 여러 곳에서 관찰 할 수 있다. 특히 연 잎의 표면에서 나타나는 초발수 특성이 마이크로와 나노 크기의 돌기 구조와 표피 왁스 성분에 기인한다는 것이 밝혀지면서 이를 응용한 다양한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 물리적인 표면처리로 마이크로와 나노 구조물을 형성하고 그 위에 표면에너지를 낮출 수 있는 물질을 증착하여, 발수 특성을 가지는 표면을 개발하였다. 알루미늄 표면에 마이크로 크기의 알루미나(Al2O3) 분말을 이용한 블라스트(blast) 공정으로 마이크로 구조를 형성하고, 선형 이온 소스(LIS)를 이용한 Ar 이온 빔 에칭으로 나노 구조를 형성하였다. FE-SEM 분석을 통해 수~수십 마이크로 구조 위에 나노 크기의 구조가 형성 된 것을 관찰하였다. 마이크로와 나노 구조가 형성된 알루미늄의 표면에너지를 낮추기 위해 trimethylsilane (TMS) 및 Ar을 이용한 플라즈마처리로 표면에 기능성 코팅막을 형성하였다. 그 결과 TMS처리 전에 비해 표면에너지가 99.75 mJ/m2에서 9.05 mJ/m2으로 급격히 낮아지고 접촉각이 $54^{\circ}$에서 $123^{\circ}$로 향상되었다.

• Journal of Welding and Joining
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• v.20 no.2
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• pp.109-115
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• 2002

In the case of using high temperature by coating ceramic/metal, large stress was produced due to difference of thermal expansion coefficient between those. And then lead to delamination. In order to relaxation of the stress A1$_2$O$_3$/SS316 composite powders with $10wt.%Al_2O_3$ compositional gradient and $10wt.%Al_2O_3$ agglomerated powder were made by spray drying method. These powders were sintered to improve the strength and to be plasma sprayed in order to fabricate the FGC(functionally graded coating). The influence of gun power, working distance and Ar pressure on the microstructure of the coating layer was studied in order to optimize the plasma spray conditions. It was proven that the optimum conditions were 40kw gun power, 5cm working distance and $100ft^3/h$ Ar flow for both powders. FGC with 10 compositional steps was fabricated and the total thickness was 1.3mm. FGC was heat treated at $1100^{\circ}C$for 10hours to evaluate the heat resisting characteristics.

• 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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• 2016.02a
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• pp.274-274
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• 2016

터치스크린패널로 응용하기 위하여 80%이상의 높은 투과도와 낮은 저항이 요구된다. 그 중에서도 무반사 효과 (anti-reflective, AR) 를 크게하여 투과도를 향상시키는 방법으로 나노구조물, 증착시 경사각, 다층박막 방법 등이 연구 개발되고 있다. 단일 박막을 이용하여 무반사 코팅을 하는 경우, 정밀한 굴절률 조절이 어려우며 낮은 반사율 영역의 선폭이 좁은 단점이 있다. 반면, 저/고굴절률 다층박막의 경우 비교적 굴절률 조절이 용이하고 가시광영역 전반적으로 높은 투과도를 가질 수 있다. plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) 증착법을 이용하여 무반사 효과를 증대시키기 위해 저/고굴절률 다층구조의 박막을 두께조합에 따라 평가하였으며, 가장 널리 사용되고 있는 Sputtering증착법과 비교하여 연구하였다. 제작된 다층박막의 구조는 glass(sub.)/SiN/SiO2/ITO 이며, 무반사 코팅층인 SiN/SiO2층은 각각 PECVD와 Sputtering 증착법을 통해 성장되었고, ITO는 스퍼터링 증착법을 이용하여 동일하게 성장하였다. 그 결과 PECVD 증착법이 Sputtering 증착법에 비하여 가시광영역(400~800nm)에서 더 높은 투과도를 얻게 되었다. 결과의 차이에 대해서 PECVD 증착법과 Sputtering 증착법으로 성장된 SiN, SiO2 박막의 광학적 특성과 물리적 특성의 변화를 spectroscopic ellipsometry (SE), Rutherford backscattering (RBS), atomic force microscopy (AFM) 을 이용하여 비교, 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2012.05a
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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.

• Journal of the Korean Society for Heat Treatment
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• v.22 no.5
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• pp.267-274
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• 2009

Titanium Chromium Nitrided (TiCrN) coatings were deposited on stainless steel 316 L and Si (100) wafer by inductively coupled plasma assisted D.C. magnetron sputtering at the various sputtering power on Cr target and $N_2/Ar$ gas ratio. Increasing the sputtering power of Cr target, XRD patterns were changed from TiCrN to nitride $Cr_2Ti$. The maximum hardness was $Hk_{3g}$ 3900 at $0.3\;N_2/Ar$ gas ratio. The thickness of the TiCrN films increased as the Cr target power increased, and it showed over $Hk_{5g}3100$ hardness at 100 W, 150 W. TiCrN films were deposited by the ICP assisted DC magnetron sputtering shown good wear resistance as the $N_2/Ar$ gas ratio was 0.1, 0.3.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.212-212
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• 1999

Ar-O2 분위기의 Plasma 표면 처리된 OPP 의 polymer 위에 약 400$\AA$ 정도로 sputter 코팅된 Al의 부착력에 관하여 연구를 하였다. 금속과 polymer와 같이 성질이 서로 다른 물질이 서로 결합할 때 접착력은 제품의 성능과 신뢰도를 결정하는데 매우 중요한 인자이다. 최근 고분자재료의 표면을 플라즈마 처리 (plasma surface treatment)에 의해 고분자와 금속도포(coating) 층간의 접착력향상에 따라, 증착필름 및 인쇄용 필름 등의 기능도 향상시킬 수 있다. 저온 plasma를 이용한 표면처리는 plastic 재료가 가지고 있는 기본적인 특성을 저해하지 않고, 그 표면 층만을 개량하는 plasma 또는 sputter etching 갚은 electrical discharge 방법은 진공 증착 방식에서 많이 사용되고 있다. 7$\mu\textrm{m}$의 두께 OPP polymer를 10m/min의 속도로 OPP의 표면을 연속 plasma pretreatment를 하였다. 5$\times$10-2torr에서, PEM(Plasma Emission Monitor)를 이용하여 plasma intensity에 따른 Ar/O2비를 변화시키면서 test를 하였다. AFM과 XPS를 이용하여 OPP의 표면분석을 하였다. 이 plasma처리는 기존의 D.C plasma 처리 방식과는 달리 Midium frequency AC voltage hollow cathod 방식으로 plasma를 발생된 high energy plasma 분위기를 만들 수 있다. 이러한 방식은 -cycle일 때 plasma로부터 발생된 전자가 polymer 표면을 bombard 하게 되고, +cycle 일 때 polymer 표면이 cathod 가 되어 active ion에 의해 sputtering 이 된다. 이때 plasma 처리기의 polymer 기판 후면에 magnet를 설치하여 높은 ionization을 발생시켜 처리 효과를 한층 높여 주었다. 이 plasma 처리는 표면 청정화, 표면 etching 이 동시에 행하는 것과 함께 장시간 처리에 의해 표면에서는 미세한 과, C=C기, -C-O-의 극성기의 도입에 의한 표면 개량이 된다는 것을 관찰할 수 있다. OPP polymer 표면을 Ar 100%로 plasma 처리한 경우 C-O, C=O 등의 carbonyl가 발생됨을 알 수 있었다. C-O, C=O 등의 carbynyl polor group이 도입됨에 따라 sputter된 Al의 접착력이 향상됨을 알 수 있으며, TEM 관찰 결과 grain size도 상당히 작아짐을 알 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.423.2-423.2
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• 2016

태양전지 모듈은 다층 구조를 형성하고 있으며, 신뢰성과 출력 향상을 위해 다양한 연구가 진행 중에 있다. 이를 위해서 모듈에 사용되는 전면 유리는 AR 코팅과 투과도가 좋은 저철분강화유리를 사용하고, 후면에는 반사도가 높은 Backsheet를 사용하게 된다. 또한 태양전지 모듈의 제작 조건 중 하나는 비슷한 출력을 갖는 태양전지를 사용하는 것이다. 만약 태양전지의 출력 불균일이 발생하게 되면 모듈 전체 출력이 낮아질 뿐만 아니라 출력이 낮은 태양전지가 주변 태양전지보다 높은 온도를 나타낸다. 태양전지 모듈에서 온도 편차가 발생한다는 것은 전지의 출력 불균일이 발생한다고 예상할 수 있는 지표이다. 따라서 태양전지 모듈의 후면에 온도 센서를 부착하여 모니터링하였으며, 태양전지 위치에 따라서 약 $3^{\circ}C$의 온도 차이가 발생하는 것을 확인 할 수 있었다.