Diamond thin films were synthesized by the MPECVD (Microwave Enhanced Chemical Deposition) using the mixture of the hydrogen and organic compounds($CH_3COCH_3$, $CH_3OH$). In X-ray Diffraction, the d values of all the deposits on the Si substrates with the experimental conditions coincide with those of natural diamond in POD (Powder Diffraction Data). The changes of the morphology of all the deposits were examined by SEM. The amount of amorphous carbon or graphite in the diamond films were increased as the acetone concentration was increased. The morphology of the diamond particles can be changed from ball-like to euhedral by adding the small amount of the methanol in the reaction gases of the high acetone concentration.
RF-PECVD(radio frequency plasma enhanced chemical vapor deposition)법을 이용하여 $CH_4+SiH_4+Ar$ 혼합 가스로부터 유리 기판 위에 투명 다이아몬드상 카본(diamond-like carbon, DLC)을 합성하였다. 공정압력과 rf-파워, $CH_4/SiH_4/Ar$ 혼합비, 그리고 증착 시간은 각각 0.1 torr, 100W, 20 : 1 : 1, 20분이었다. DLC가 증착된 유리와 증착되지 않은 유리의 투과도를 가시광선 영역에서 비교하였고, DLC가 증착된 유리의 경도, 표면 조도와 두께를 nanoindenter와 AFM으로 측정하였다. DLC가 증착된 유리의 투과도는 증착되지 않은 유리와 비교할 때 380 nm 파장에서 약 83 %, 500 nm 이상의 파장에서는 95 % 이상 수준이었다. DLC가 증착된 유리의 경도는 증착되지 않은 유리의 약 2.5배이었다. 증착된 DLC 박막은 매우 고른 표면을 보였으며 20분 증착 후 두께는 150 nm 이상으로 나타났다.
The two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) diamond-like carbon (DLC) stamps for ultraviolet nanoimprint lithography (UV-NIL) were fabricated using two kinds of methods, which were a DLC coating process followed by the focused ion beam (FIB) lithography and the two-photon polymerization (TPP) patterning followed by nano-scale thick DLC coating. We fabricated 70 nm deep lines with a width of 100 nm and 70 nm deep lines with a width of 150 nm on 100 nm thick DLC layers coated on quartz substrates using the FIB lithography. 200 nm wide lines, 3D rings with a diameter of $1.35\;{\mu}m$ and a height of $1.97\;{\mu}m$, and a 3D cone with a bottom diameter of $2.88\;{\mu}m$ and a height of $1.97\;{\mu}m$ were successfully fabricated using the TPP patterning and DLC coating process. The wafers were successfully printed on an UV-NIL using the DLC stamp. We could see the excellent correlation between the dimensions of features of stamp and the corresponding imprinted features.
Diamond-like carbon (DLC) lims were deposited by using end hall type ion gun. Benzene gas was used for the generation of carbon ions. In order to systematically control the ion energy, we applied to the substrate DC, pulsed DC or 250 kHz medium frequency bias voltage, DLC films of superior mechanical properties of hardness 39$\pm$4 GPa and elastic mudulus 290$\pm$50GPa (2 to 6 times better than those of the films deposited by plasma assisted CVD method) could be obtained. Deposition rate was much higher than when using Kaufman type ion source, which results from higher ion beam current of end hall type ion gun. The mechanical properties and atomic bond structure were independent of the bias voltage type ion gun. The mechanical properties and atomic bond structure were independent of the bias voltage type but intimately related with the magnitude of the bias voltage. With increasing the negative bias voltage, the structure of the films changed to graphitic one resulting in decreased content of three dimensional inter-links. Degradation of the mechanical properties with increasing bias voltage could be thus understood in terms of the content odf three dimensional inter-links.
Diamond-like carbon(DLC) films were synthesized using the rf-plasma CVD technique with the addition of small amounts of nitrogen and oxygen to a gas mixture of $CH_4$ and $H_2$. The gas flow ratio of $CH_4$ to $H_2$ was 2.4:1, and 3% , 13.6% of nitrogen were added to the gas mixture of $CH_4$ and $H_2$ for the deposition of DLC films. The film stress tended to decrease as the nitrogen concentration increased from 3% to 13.6%, probably due to the decrease of the number of the interlink between carbon atoms. The residual stress tended to slightly decrease when 3% of oxygen was added. Scratch tests were performed to investigate the adhesion between the DLC films and the Ti intelayer after pretreating the TiN surface with direct hydrogen plasma. The adhesion was enhanced by adding nitrogen and oxygen to the $CH_4$ and $H_2$ gas mixture. The adhesion for the 3% nitrogen addition was better than that for the 13.6% nitrogen addition. The Vicker's hardness of the DLC films was measured to be 1100Hv.
Various depositional conditions, such as substrate, pressure, deposition time, temperature of substrate, power and gas composition, have mainly been studied to attain DLC films using RF sputtering system up to the current. In this study, the $N_2/Ar/CH_4$ gas mixture factored on characteristics of DLC deposited film such as structure, hardness, electrical property were investigated. The concentration of the $N_2$ gas in the sputtering gas may be a significant effect on the growth rate of the doped films, because nitrogen ions react not only with the carbon atoms on the target but also with $C_xH_y$ ions in the plasma on the substrate surface. It was seen from this experimental that the resistance of deposited film is decreased, and the relative intensity ratio of D to G peak is increased as nitrogen content of film deposition is increased.
Tribological behaviors of nitrogen incorporated amorphous diamond-like carbon films were experimentally measured under a vacuum ($3 \times 10^{-5}$ Torr) using a ball (AISI 52100 steel)-on-disk wear-rig. Nitrogen incorporated DLC films were deposited by r.f. plasma assisted chemical vapor deposition method. Mixtures of benzene and ammonia or nitrogen gases were used as the reaction gases for the r.f. PACVD, and Si (100) wafer was used as the substrate. In the tribo-test, effects of DLC film thickness and normal load in friction were measured and discussed. Results showed that friction of nitrogen incorporated DLC films from a mixture gas of benzene and ammonia was lower than that of 100% benzene, specially in the measurement of minimum coefficient of friction. Differences in frictional characteristics of nitrogen incorporated DLC films were explained with the changes in chemical structures of the films. Result also showed that friction of DLC films increased with the sliding contact cycle, which remarkably accompanied with roll-shaped wear debris. Mechanisms and roles of the polymer-like wear debris were presented and discussed.
Hot Filament CVD법에 의해 증착된 다이아몬드 박막의 기판온도와 증착시간 변화에 따르는 표면형상 변화를 관찰함으로써 그 증착기구를 규명하고자 하였다. 기판온도가 낮을 경우에는 비정질 탄소 및 DLC(diamond like carbon)가 증착되고 기판온도가 증가함에 따라 사가형의 (100)명으로 구성된 입자를 가지는 다이아몬드 박막이 증착되었으며 매우 높은 기판온도에서는 (100)명과 (111)명으로 이루어진 결정외형을 가지는 입자들로 구성되는 다이아몬드 박막이 증착되었다. 다이아몬드 박막의 (100) 우선배향성은 증착시의 비교적 높은 과포화도에 기인하는 것으로 생각되며, 이러한 (100) 우선배향성을 가지는 박막은 결정면내에 twin을 함유하지 않으므로 단결정박막으로의 성장가능성이 크다. 기판온도가 증가해도 다이아몬드 박막의 입자크기는 증가하지 않았으며 시간에 따른 증가양상도 온도에 관계없이 비슷한 경향을 보였다. 그러나 필라멘트 온도가 일정할 때 다이아몬드 박막의 핵 밀도는 기판온도가 높을수록 증가하였으며 시간에 따른 증가폭도 기판온도가 높을수록 더 크게 나타났다.
DLC (Diamond Like Carbon) 박막은 높은 경도, 낮은 마찰계수, 내화학성 등의 우수한 트라이볼로지적 특성을 가지고 있기 때문에 다양한 산업분야에서 적용되고 있다. 하지만 강재에 대한 밀착력과 내열성은 단점으로 부각되어왔다. 이에 본 연구는 그런 단점을 보완하고자 PECVD(Plasmas Enhanced Chemical Vapor Deposition) 방법으로 DLC박막에 여러 가지 첨가원소(F,N,O)를 사용하여 증착시킨 후 그에 따른 기계적 특성을 평가하였다. DLC박막의 구조는 Raman Spectra을 통해, Sp3 (like diamond) peak와 Sp2 (like graphite) peak의 혼재 여부를 분석하였고, FE-SEM을 이용하여 막의 표면 및 단면을 관찰하였다. 스크래치 테스트를 통해 DLC박막의 밀착력을 측정하였으며, 볼 온 디스크 타입의 Tribo-meter을 이용하여 마찰계수 변화를 관찰하였다. 또한 나노인덴터를 이용하여 미소경도를 측정하였다. 그 결과 첨가원소에 따라 기계적 특성이 각각 다르게 나타났으며, DLC막이 가지고 있는 장점인 여러 분야에 적용시킬 수 있는 방안을 마련하고자 하였다.
본 연구에서는 3 메가픽셀, 2.5배 줌 카메라폰 모듈용 비구면 유리렌즈 개발을 목적으로 실험계획법(DOE)을 적용하여 성형용 초경 코어의 연삭가공조건을 구하고, 이를 활용하여 비구면 Glass렌즈 성형용 초경합금(WC) 코어를 초정밀 연삭가공을 수행하였다. 또한 가공된 성형용 코어의 가공면 위에 이온증착법으로 다이아몬드상 탄소(Diamond-Like Carbon; DLC) 코팅을 수행하여 DLC 코팅이 성형용 코어의 형상정도(PV)와 표면조도(Ra)에 미치는 영향을 평가하였으며, 비구면 Glass렌즈를 동일한 조건에서 성형하여 성형렌즈의 광학적 특성을 비교하여 성형용 코어면의 DLC 코팅 효과에 대하여 검토하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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