Journal of the Korean institute of surface engineering
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v.57
no.1
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pp.1-7
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2024
The study investigated the impact of substrate pretreatment on depositing high-quality B-doped diamond (BDD) thin films using the HFCVD method. Films were deposited on Si and Nb substrates after sanding and seeding. Despite identical sanding conditions, BDD films formed faster on Nb due to even diamond seed distribution. Post-deposition, film average roughness (Ra) remained similar to substrate Ra, but higher substrate Ra led to decreased crystallinity. Nb substrate with 0.83 ㎛ Ra exhibited faster crystal growth due to dense, evenly distributed diamond seeds. BDD film on Nb with 0.83 ㎛ Ra showed a wide, stable potential window (2.8 eV) in CV results and a prominent 1332 cm-1 diamond peak in Raman spectroscopy, indicating high quality. The findings underscore the critical role of substrate pretreatment in achieving high-quality BDD film fabrication, crucial for applications demanding robust p-type semiconductors with superior electrical properties.
Journal of the Korean institute of surface engineering
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v.48
no.6
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pp.297-302
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2015
Nanocrystalline diamond(NCD) coated aluminium plates were prepared and applied as heat sinks for LED modules. NCD films were deposited on 1 mm thick Al plates for times of 2 - 10 h in a microwave plasma chemical vapor deposition reactor. Deposition parameters were the microwave power of 1.2 kW, the working pressure of 90 Torr, the $CH_4/Ar$ gas ratio of 2/200 sccm. In order to enhance diamond nucleation, DC bias voltage of -90 V was applied to the substrate during deposition without external heating. NCD film was identified by X-ray diffraction and Raman spectroscopy. The Al plates with about 300 nm thick NCD film were attached to LED modules and thermal analysis was carried out using Thermal Transient Tester (T3ster) in a still air box. Thermal resistance of the module with NCD/Al plate was 3.88 K/W while that with Al plate was 5.55 K/W. The smaller the thermal resistance, the better the heat emission. From structure function analysis, the differences between junction and ambient temperatures were $12.1^{\circ}C$ for NCD/Al plate and $15.5^{\circ}C$ for Al plate. The hot spot size of infrared images was larger on NCD/Al than Al plate for a given period of LED operation. In conclusion, NCD coated Al plate exhibited better thermal spreading performance than conventional Al heat sink.
Journal of the Korean institute of surface engineering
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v.47
no.2
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pp.75-80
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2014
Nanocrystalline diamond(NCD) films on steel(SKH51) has been investigated using SiC interlayer film. SiC was deposited on SKH51 or Si wafer by RF magnetron sputter. NCD was deposited on SiC at $600^{\circ}C$ for 0.5~4 h employing microwave plasma CVD. Film morphology was observed by FESEM and FIB. Film adherence was examined by Rockwell C adhesion test. The growth rate of NCD on SiC/Si substrate was much higher than that on SiC/SKH51. During particle coalescence, NCD growth rate was slow since overall rate was determined by the diffusion of carbon on SiC surface. After completion of particle coalescence, NCD growth became faster with the reaction of carbon on NCD film controlling the whole process. In the case of SiC/SKH51 substrate, a complete NCD film was not formed even after 4 h of deposition. The adhesion test of NCD/SiC/SKH51 samples revealed a delamination of film whereas that of SiC/SKH51 showed a good adhesion. Many voids of less than 0.1 ${\mu}m$ were detected on NCD/SiC interface. These voids were believed as the reason for the poor adhesion between NCD and SiC films. The origin of voids was due to the insufficient coalescence of diamond particles on SiC surface in the early stage of deposition.
Journal of the Korean institute of surface engineering
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v.47
no.5
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pp.263-268
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2014
Nanocrystalline diamond(NCD) coated SiC balls were applied in a ball-on-disk tribometer. After seeding in an ultrasonic bath containing nanometer diamond powders, $2.2{\mu}m$ thick NCD films were deposited on sintered 3 mm diameter SiC balls at $600^{\circ}C$ in a 2.45 GHz microwave plasma CVD system. Bare $ZrO_2$ and SiC balls were prepared for comparison as test balls. Tribology tests were performed in air with pairs of three different balls and mirror polished steel(SKH51) disk. The wear tracks on balls and disks were examined by optical microscope and alpha step profiler. Under the load of 3 N, the friction coefficients of steel against $ZrO_2$, SiC and NCD-coated balls were between 0.4 and 0.8. After a few thousands sliding laps, the friction coefficient of NCD-coated balls dropped from 0.45 to below 0.1 and maintained thereafter. Under a higher load of 10 N or 20 N with a long sliding distance of 2 km, $ZrO_2$ and SiC balls exhibited the similar friction coefficients as above. The friction coefficient of NCD-coated balls was less than 0.1 from the beginning and increased to above 0.1 steadily or with some fluctuations as sliding distance increased. NCD coating layers were found worn out after long duration and/or high load sliding test, which resulted in the friction coefficient higher than 0.1.
Journal of the Korean institute of surface engineering
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v.46
no.2
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pp.68-74
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2013
For the coating of diamond films on WC-Co tools, a buffer interlayer is needed because Co catalyzes diamond into graphite. W and Ti were chosen as candidate interlayer materials to prevent the diffusion of Co during diamond deposition. W or Ti interlayer of $1{\mu}m$ thickness was deposited on WC-Co substrate under Ar in a DC magnetron sputter. After seeding treatment of the interlayer-deposited specimens in an ultrasonic bath containing nanometer diamond powders, $2{\mu}m$ thick nanocrystalline diamond (NCD) films were deposited at $600^{\circ}C$ over the metal layers in a 2.45 GHz microwave plasma CVD system. The cross-sectional morphology of films was observed by FESEM. X-ray diffraction and visual Raman spectroscopy were used to confirm the NCD crystal structure. Micro hardness was measured by nano-indenter. The coefficient of friction (COF) was measured by tribology test using ball on disk method. After tribology test, wear tracks were examined by optical microscope and alpha step profiler. Rockwell C indentation test was performed to characterize the adhesion between films and substrate. Ti and W were found good interlayer materials to act as Co diffusion barriers and diamond nucleation layers. The COFs on NCD films with W or Ti interlayer were measured as less than 0.1 whereas that on bare WC-Co was 0.6~1.0. However, W interlayer exhibited better results than Ti in terms of the adhesion to WC-Co substrate and to NCD film. This result is believed to be due to smaller difference in the coefficients of thermal expansion of the related films in the case of W interlayer than Ti one. By varying the thickness of W interlayer as 1, 2, and $4{\mu}m$ with a fixed $2{\mu}m$ thick NCD film, no difference in COF and wear behavior but a significant change in adhesion was observed. It was shown that the thicker the interlayer, the stronger the adhesion. It is suggested that thicker W interlayer is more effective in relieving the residual stress of NCD film during cooling after deposition and results in stronger adhesion.
Journal of the Korean institute of surface engineering
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v.33
no.2
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pp.69-76
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2000
The rf plasma chemical vapor deposition is a common method employed for diamond or amorphous carbon deposition. Diamond possesses the strongest bonding, as exemplified by a number of unique properties-extraordinary hardness, high thermal conductivity, and a high melting tempera tore. Therefore, it is very important to investigate the synthesis of semiconducting diamond and its use as semiconductor devices. An inductively coupled rf plasma CVD system for producing amorphous carbon films were developed. Uniform temperature and concentration profiles are requisites for the deposition of high quality large-area films. The system consists of rf matching network, deposition chamber, pumping lines for gas system. Gas mixtures with methane, and hydrogen have been used and Si (100) wafers used as a substrate. Amorphous carbon films were deposited with methane concentration of 1.5% at the process pressure of S torr~20 torr, and process temperature of about $750^{\circ}C$. The nucleation and growth of the amorphous carbon films have been characterized by several methods such as SEM and XRD.
Fiber-textured diamond films have been deposited on scratched silicon(100) substrate by micro wave .plasma enhanced chemical vapor deposition at the condition of micro wave power : 950 W, pressure : 60 torr, H$_{2}$ gas flow rate : 50 sccm, CH$_{4}$ gas flow rate : 1.5 sccm, substrate temperature : about 900.deg. C and deposition time : 20 hours. The films were characterized by mean of scanning electron microscopy, Raman spectroscopy and X-ray analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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