In this work, modeling and analysis of thermal effects laser drilling under water for ceramics were presented. Laser is a unique tool for machining ceramics due to the characteristic of non-contact material removal. However, ablation by a laser often induces a thermal effect on the material and an increased heat-affected-zone or deposition of debris can be observed on the machined parts. The underwater surrounding improved a heat transfer rate to cooling down the machined part and could prevent any deposition of debris near the machined surfaces and edges. The heat modeling was applied to obtain the temperature distributions as well as temperature gradients between the material and surroundings. The cooling effect of the underwater laser drilling was improved and a more stable temperature distribution was calculated. The actual laser drilling results of ceramic laser drilling were presented to verify the effects of underwater laser drilling.
Plasma etching process employs high density plasma to create surface chemistry and physical reactions, by which to remove material. Plasma chamber includes silicon-based materials such as a focus ring and gas distribution plate. Focus ring needs to be replaced after a short period. For this reason, there is a need to find materials resistant to erosion by plasma. The developed chemical vapor deposition processing to produce silicon carbide parts with high purity has also supported its widespread use in the plasma etch process. Silicon carbide maintains mechanical strength at high temperature, it have been use to chamber parts for plasma. Recently, besides the structural aspects of silicon carbide, its electrical conductivity and possibly its enhanced life time under high density plasma with less generation of contamination particles are drawing attention for use in applications such as upper electrode or focus rings, which have been made of silicon for a long time. However, especially for high purity silicon carbide focus ring, which has usually been made by the chemical vapor deposition method, there has been no study about quality improvement. The goal of this study is to reduce surface roughness and depth of damage by diamond tool grit size and tool dressing of diamond tools for precise dimensional assurance of focus rings.
Silicon carbide (SiC) is used in various semiconductor processes because it has superior thermal, mechanical, and electrical characteristics as well as higher chemical and corrosion resistance than existing materials. Due to these characteristics, various manufacturing technologies have been developed for SiC. A recent development among these technologies is Chemical Vapor Deposition SiC (CVD-SiC). Many studies have been carried out on the processing and manufacturing of CVD-SiC due to its different material characteristics compared to existing materials like RB-SiC or Sintered-SiC. CVD-SiC is physically stable and has excellent chemical and corrosion resistance. However, there is a problem with increasing the thickness, because it is manufactured through a deposition process. Additionally, due to its high strength and hardness, it is difficult to subject to machining.
The crystal grains of polycrystalline diamond vary depending on deposition conditions and growth thickness. The diamond thin film deposited by the CVD method has a very rough growth surface. On average, the surface roughness of a diamond thin film deposited by CVD is in the range of 1-100 um. However, the high surface roughness of diamond is unsuitable for application in industrial applications, so the surface roughness must be lowered. As the surface roughness decreases, the scattering of incident light is reduced, the heat conduction is improved, the mechanical surface friction coefficient can be lowered, and the transmittance can also be improved. In addition, diamond-coated cutting tools have the advantage of enabling ultra-precise machining. In this study, the surface roughness of diamond was improved by thermal diffusion reaction between diamond carbon atoms and ferrous metals at high temperature for diamond thin films deposited by MPCVD.
Titanium oxide (TiO2) thin films have valuable properties such as a high refractive index, excellent transmittance in the visible and near-IR frequency, and high chemical stability. Therefore it is extensively used in anti-reflection coating, sensor, and photocatalysis as electrical and optical applications. Specially, TiO2 have a high dielectric constant of 180 along the c axis and 90 along the a axis, so it is highlighted in fabricating dielectric capacitors in micro electronic devices. A variety of methods have been used to produce patterned self-assembled monolayers (SAMs), including microcontact printing ($\mu$CP), UV-photolithotgraphy, e-beam lithography, scanned-probe based micro-machining, and atom-lithography. Above all, thin film fabrication on $\mu$CP modified surface is a potentially low-cost, high-throughput method, because it does not require expensive photolithographic equipment, and it produce micrometer scale patterns in thin film materials. The patterned SAMs were used as thin resists, to transfer patterns onto thin films either by chemical etching or by selective deposition. In this study, we deposited TiO2 thin films on Si (1000 substrateds using titanium (IV) isopropoxide ([Ti(O(C3H7)4)] ; TIP as a single molecular precursor at deposition temperature in the range of 300-$700^{\circ}C$ without any carrier and bubbler gas. Crack-free, highly oriented TiO2 polycrystalline thin films with anatase phase and stoichimetric ratio of Ti and O were successfully deposited on Si(100) at temperature as low as 50$0^{\circ}C$. XRD and TED data showed that below 50$0^{\circ}C$, the TiO2 thin films were dominantly grown on Si(100) surfaces in the [211] direction, whereas with increasing the deposition temperature to $700^{\circ}C$, the main films growth direction was changed to be [200]. Two distinct growth behaviors were observed from the Arhenius plots. In addition to deposition of THe TiO2 thin films on Si(100) substrates, patterning of TiO2 thin films was also performed at grown temperature in the range of 300-50$0^{\circ}C$ by MOCVD onto the Si(100) substrates of which surface was modified by organic thin film template. The organic thin film of SAm is obtained by the $\mu$CP method. Alpha-step profile and optical microscope images showed that the boundaries between SAMs areas and selectively deposited TiO2 thin film areas are very definite and sharp. Capacitance - Voltage measurements made on TiO2 films gave a dielectric constant of 29, suggesting a possibility of electronic material applications.
CrN coatings have been used as protective coatings for cutting tools, forming tools, and various tribological machining applications because these coatings have high hardness. Cr-Al-N coatings have been investigated to improve the properties of CrN coatings. Cr-Al-N coatings were fabricated by a hybrid physical vapor deposition method consisting of unbalanced magnetron sputtering and arc ion plating with different working pressure and substrate bias voltage. The phase analysis of the composition was performed using XRD (x-ray diffraction). Cr-Al-N coatings were grown with textured CrN phase and (111), (200), and (220) planes. The adhesion strength of the coatings tested by scratch test increased. The friction coefficient and removal rate of the coatings were measured by a ball-on-disk test. The friction coefficient and removal rate of the coatings decreased from 0.46. to 0.22, and from $2.00{\times}10^{-12}m^2/N$ to $1.31{\times}10^{-13}m^2/N$, respectively, with increasing bias voltage. The tribological properties of the coatings increased with increasing substrate bias voltage.
Hybrid manufacturing technology has been advanced to overcome limitations due to traditional fabrication methods. To fabricate a micro/nano-scale structure, various manufacturing technologies such as lithography and etching were attempted. Since these manufacturing processes are limited by their materials, temperature and features, it is necessary to develop a new three-dimensional (3D) printing method. A novel nano-scale 3D printing system was developed consisting of the Nano-Particle Deposition System (NPDS) and the Focused Ion Beam (FIB) to overcome these limitations. By repeating deposition and machining processes, it was possible to fabricate micro/nano-scale 3D structures with various metals and ceramics. Since each process works in different chambers, a transfer process is required. In this research, nanoscale 3D printing system was briefly explained and an alignment algorithm for nano-scale 3D printing system was developed. Implementing the algorithm leads to an accepted error margin of 0.5% by compensating error in rotational, horizontal, and vertical axes.
The robust and large-area applicable metal shadow masks with a high aspect ratio more than 20 are fabricated by a combination of micro-electro-discharge machining (${\mu}$-EDM) and electro chemical etching (ECE). After defining S/D contacts using a 100 ${\mu}m$ thick stainless steel shadow mask, the top-contact pentacene TFTs with channel length of 5 ${\mu}m$ showed routinely the results of mobility of 0.498 ${\pm}$ 0.05 $cm^2$/Vsec, current on/off ratio of 1.6 ${times}$$10^5$, and threshold voltage of 0 V. The straightly defined atomic force microscopy (AFM) images of channel area demonstrated that shadow effects caused by the S/D electrode deposition were negligible. The fabricated pentacene TFTs have an average channel length of 5 ${\pm}$ 0.25 ${\mu}m$.
This papers describes the preparation and experimental results of a micro mass detection devices based on cantilever and a diffuser-type micro pump using screen printing thick-film technologies and Si micro-machining. PZT-PCW thick films were prepared by new hybrid method based on the screen printing. By applying these PZT-PCW piezoelectric thick films on actuator, a cantilever for mass detection sensor and a micropump for microfluidic element are successfully fabricated. Resonant frequency and displacement of PZT-PCW thick film actuator in air and in liquid are measured by laser vibrometer system as a function of actuator size. The resonant frequency of PZT-PCW thick film actuator in liquid decreases order of 1/2-1/4 due to damping effect. The sensitivity of cantilever is characterized by Au deposition method which has the mass loading effect such as adsorption of protein. The Sensitivity of PZT-0.12PCW thick film cantilever is proportional to detecting area.
FIB equipment can perform sputtering and chemical vapor deposition simultaneously. It is very advantageously used to fabricate a micro structure part having 3D shape because the minimum beam size of ${\Phi}10nm$ and smaller is available. Since general FIB uses very short wavelength and extremely high energy, it can directly make a micro structure less than $1{\mu}m$. As a result, FIB has been probability in manufacturing high performance micro devices and high precision micro structures. Until now, FIB has been commonly used as a very powerful tool in the semiconductor industry. It is mainly used for mask repair, device correction, failure analysis, IC error correction, etc. In this paper FIB-Sputtering and FIB-CVD characteristic analysis were carried out according to $Ga^+$ ion beam current that is very important parameter for minimizing the pattern size and maximizing the yield. Also, for FIB-Sputtering burr caused by redeposition of the substrate characteristic analysis was carried out.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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