한국정보디스플레이학회 2003년도 International Meeting on Information Display
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pp.497-499
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2003
Electro-optical (EO) performances of the ion beam aligned twisted nematic (TN)-liquid crystal display (LCD) with oblique ion beam exposure on the DLC thin film surface were studied. An excellent voltage-transmittance (VT) curve of the ion beam aligned TN-LCD was observed with oblique ion beam exposure on the DLC thin film surface for 1 min. Also, a faster response time for the ion beam aligned TN-LCD can be achieved with oblique ion beam exposure on the DLC thin film surface for 1 min can be achieved.
Diamond-like Carbon(DLC) films were deposited on Si wafers by an RF-plasma-assisted CVD using CH$_4$gas. Tribological tests were conducted with the use of a rotating type ball on a disk friction tester with dry air. This study made use of four kinds of mating balls that were made with stainless steel but subjected to different annealing conditions in order to achieve different levels of hardness. In all load conditions, testing results demonstrated that the harder the mating materials, the lower the friction coefficient was. The friction coefficients were fecund to be lower with austenite mating balls than with fully annealed martensite balls. Conversely, the high friction coefficient found in soft martensite balls appeared to be caused by the larger contact area between the DLC film and the ball. The wear tracks on DLC films and mating balls could prove that effect. Measuring the wear track of both DLC films and mating balls revealed a similar tendency compared to the results of friction coefficients. The wear rate of austenite balls was also less than that of fully annealed martensite balls. Friction eoefficients decrease when applied leads exceed critical amount. The wear track on mating balls showed that a certain amount of material transfer occurs from the DLC film to the mating ball during a high friction process. Raman Spectra analysis Showed that the transferred materials were a kind of graphite and that the contact surface of the DLC film seemed to undergo a phase transition from carbon to graphite during the high friction process.
The effects of negative carbon ion beam energy on the bonding configuration, hardness and surface roughness of DLC film prepared by a direct metal ion beam deposition system were investigated. As the negative carbon ion beam energy increased from 25 to 150 eV, the $sp^3$ fraction of DLC films was increased from 32 to 67%, while the surface roughness was decreased. The films prepared at 150 eV showed the more flat surface morphology of the film than that of the film prepared under another ion beam energy conditions. Surface roughness of DLC film varied from 0.62 to 0.22 nm with depositing carbon ion beam energy. Surface nano-hardness increased from 12 to 57 Gpa when increasing the negative carbon ion beam energy from 25 to 150 eV, and then decreased when increasing the ion beam energy from 150 to 200 eV.
Many researchers are interested in the synthesis and characterization of carbon nitride and diamond-like carbon (DLq because they show excellent mechanical properties such as low friction and high wear resistance and excellent electrical properties such as controllable electical resistivity and good field electron emission. We have deposited amorphous carbon nitride (a-C:N) thin films and DLC thin films by shielded arc ion plating (SAIP) and evaluated the structural and tribological properties. The application of appropriate negative bias on substrates is effective to increase the film hardness and wear resistance. This paper reports on the deposition and tribological OLC films in relation to the substrate bias voltage (Vs). films are compared with those of the OLC films. A high purity sintered graphite target was mounted on a cathode as a carbon source. Nitrogen or argon was introduced into a deposition chamber through each mass flow controller. After the initiation of an arc plasma at 60 A and 1 Pa, the target surface was heated and evaporated by the plasma. Carbon atoms and clusters evaporated from the target were ionized partially and reacted with activated nitrogen species, and a carbon nitride film was deposited onto a Si (100) substrate when we used nitrogen as a reactant gas. The surface of the growing film also reacted with activated nitrogen species. Carbon macropartic1es (0.1 -100 maicro-m) evaporated from the target at the same time were not ionized and did not react fully with nitrogen species. These macroparticles interfered with the formation of the carbon nitride film. Therefore we set a shielding plate made of stainless steel between the target and the substrate to trap the macropartic1es. This shielding method is very effective to prepare smooth a-CN films. We, therefore, call this method "shielded arc ion plating (SAIP)". For the deposition of DLC films we used argon instead of nitrogen. Films of about 150 nm in thickness were deposited onto Si substrates. Their structures, chemical compositions and chemical bonding states were analyzed by using X-ray diffraction, Raman spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy and infrared spectroscopy. Hardness of the films was measured with a nanointender interfaced with an atomic force microscope (AFM). A Berkovich-type diamond tip whose radius was less than 100 nm was used for the measurement. A force-displacement curve of each film was measured at a peak load force of 250 maicro-N. Load, hold and unload times for each indentation were 2.5, 0 and 2.5 s, respectively. Hardness of each film was determined from five force-displacement curves. Wear resistance of the films was analyzed as follows. First, each film surface was scanned with the diamond tip at a constant load force of 20 maicro-N. The tip scanning was repeated 30 times in a 1 urn-square region with 512 lines at a scanning rate of 2 um/ s. After this tip-scanning, the film surface was observed in the AFM mode at a constant force of 5 maicro-N with the same Berkovich-type tip. The hardness of a-CN films was less dependent on Vs. The hardness of the film deposited at Vs=O V in a nitrogen plasma was about 10 GPa and almost similar to that of Si. It slightly increased to 12 - 15 GPa when a bias voltage of -100 - -500 V was applied to the substrate with showing its maximum at Vs=-300 V. The film deposited at Vs=O V was least wear resistant which was consistent with its lowest hardness. The biased films became more wear resistant. Particularly the film deposited at Vs=-300 V showed remarkable wear resistance. Its wear depth was too shallow to be measured with AFM. On the other hand, the DLC film, deposited at Vs=-l00 V in an argon plasma, whose hardness was 35 GPa was obviously worn under the same wear test conditions. The a-C:N films show higher wear resistance than DLC films and are useful for wear resistant coatings on various mechanical and electronic parts.nic parts.
이온빔 스퍼터링 방법으로 n-type si 기판에 고팅된, 수소를 함유하지 않은 다이아몬드성 카본 필름의 전계 방출 특성을 조사하였다. 필름의 구조나 두께에 관계없이 전계 방출 전류는 양극과 시편의 표면사이에서 발생하는 electrical breakdown에 의해 현저히 증가하였으며, 이때의 effective work function은 약 0.1eV의 작은 값을 가지고 있었다. 텅스텐 tip을 이용하여 breakdown에 의해 발생한 시편표면의 손상수위 근처를 scanning 하면서 전계 방출 전류를 측정하여, 전계 방출이 일어나는 정확한 위치를 확인하였다. 전계 방출은 breakdown에 의해 발생한 표면 손상 부위의 모든 곳에서 균일하게 일어나는 것이 아니라 특정 부위에서 집중적으로 관찰되었다. Auger electron spectroscopy와 SEM을 이용한 분석을 통해 손상 부위 중 Si과 C의 화합물이 형성된 곳에서만 절계 방출이 일어나고 있음을 알 수 있었으며, 손상부위의 형상변화는 전계 방출의 충분조건이 아니었다. 본 연구의 결과는 breakdown에 의한 전기 방출 전류의 증가는 시편 표면의 형상 변화에 의한 전계증진의 효과보다는 표면에서 발생하는 화학적 결합의 변화에 기인하고 있음을 보여준다.
Diamond-like carbon(DLC) films were deposited by linear ion source(LIS)-physical vapor deposition method changing the anode voltages from 800 V to 1800 V, and characteristics of the films were investigated using residual stress tester, nano-indentation, micro raman spectroscopy, scratch tester and Field Emission Scanning Electron Microscope(FE-SEM). The results showed that the residual stress and hardness increased with increasing the ion energy up to anode voltage of 1400 V. It was also found that the content of $SP^3$ carbon increased with increasing the anode voltage $SP^3/SP^2$ ratio through investigation of $SP^3/SP^2$ ratio by the micro-raman analysis. From these results, it can be concluded that the physical properties of DLC films such as residual stress and hardness are increased with increasing the anode voltage. These results can be explained that 3-dimensional cross-links between carbon atoms and Dangling bond are enhanced and the internal compressive stress also increased with increasing the anode voltage. The optimal anode voltage is considered to be around 1400 V in these experimental conditions.
Effects of ion implantation and deposition on the tribological properties of DLC film as a function of implanted energies and process times were investigated. TiC ions were implanted and deposited on the Si-wafer substrates followed by DLC coating using ion beam deposition method. In order to study tribological properties such as friction coefficient and behavior of DLC film on the modified surface as a function of implanted energies and process times, we used a ball-on-disc type apparatus in the atmospheric environment. From results of wear test, as the implanted energy was increased, the friction coefficient was more stable below 0.1.
The conductivity of diamond like carbon films embedded with silver nanoclusters were investigated as a function of silver concentrations in the film. By increasing the concentration of silver in the film from 0 to 20 at% the conductivity varied from $10^{-13}$ to $10^2\;ohm^{-1}\;cm^{-1}$. The data have been discussed within the model of a dielectric matrix containing conductive inclusions. The conductivity data analysis using percolation theory has been showed that percolation threshold occurred at Ag percentage in the film $x_c$ =5 at %.
We studied the nematic liquid crystal (NLC) alignment capability by the IB(Ion bean) alignment method on a NDLC(Nitrogen Diamond Like Carbon) as a-C:H thin film. and investigated electro-optical performances of the IBaligned IPS(In plane switching)cell with NDLC surface. A good LC alignment by IB exposure on a NDLC surface was achieved. Monodomain alignment of the IB aligned IPS cell can be observed. The goodelectro-optical (EO) characteristics of the IB aligned IPS cell was observed with oblique IBexposure on the NDLC as a-C:H thin film for 1 min.
Chun, Hui-Gon;You, Yong-Zoo;Nikolay S. Sochugov;Sergey V. Rabotkin
한국표면공학회지
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제36권4호
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pp.296-300
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2003
Extended cylindrical magnetron sputtering system with rotating 600-mm long and 90-mm diameter graphite cathode and pulsed power supply voltage generator were developed and fabricated. Time-dependent Langmuir probe characteristics as well as carbon films thickness were measured. It was shown that ratio of ions flux to carbon atoms flux for pulsed magnetron discharge mode was equal to $\Phi_{i}$$\Phi$sub C/ = 0.2. It did not depend on the discharge current in the range of $I_{d}$ / = 10∼60 A since both the plasma density and the film deposition rate were found approximately proportional to the discharge current. In spite of this fact carbon film structure was found to be strongly dependent on the discharge current. Grain size increased from 100 nm at $I_{d}$ = 10∼20 A to 500 nm at $I_{d}$ = 40∼60 A. To deposit fine-grained hard nanocrystalline or amorphous carbon coating current regime with $I_{d}$ = 20 A was chosen. Pulsed negative bias voltage ($\tau$= 40 ${\mu}\textrm{s}$, $U_{b}$ = 0∼10 ㎸) synchronized with magnetron discharge pulses was applied to a substrate and voltage of $U_{b}$ = 3.4 ㎸ was shown to be optimum for a hard carbon film deposition. Lower voltages were not sufficient for amorphization of a growing graphite film, while higher voltages led to excessive ion bombardment and effects of recrystalization and graphitization.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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