• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제26권6호
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• pp.425-428
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• 2013

In this paper, we present a novel hydrophilic coating material (Wellture Finetech, Korea) which can be utilized as a coating layer for anti-contamination for electrical and electronic system. The coating material was deposited on 4 inch silicon wafer with several different film thickness. The film thickness was controlled by spin coating speed. After curing of the film, we have scratched by permanent marker to check self-cleaning property of the film. Also we have executed several mechanical tests of the films. As the spin coating speed is increased, the film thickness was thinned from 230 nm to 125 nm. Contact angle of the film was lowered from $30^{\circ}$ to $12^{\circ}$ as the spin coating speed is increased from 700 to 2,500 rpm. On permanent marker scratched film surface coated at 1,000 rpm, we have poured regular city water to investigate self cleaning property of the film. The scratches were gradually separated from the film surface due to super-hydrophilicity of the film. Hardness of spin coated film was 9H measured by ASTM D3363 method. and adhesion of all film was 5B tested by ASTM D3359 method. Also, to get exact hardness value of the film, we have utilized a nano-indenter. As spin speed is increased, the hardness of film was increased from 3 GPa to 5 GPa.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제27권3호
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• pp.83-88
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• 2020

최근 스마트폰 산업의 발전으로 인하여 실사용 환경에서 유연소자의 기계적 거동에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다. 유연소자 박막은 두께가 나노 단위이고, 기존의 시험법으로 측정하기 어려워 주로 나노압입시험을 이용하여 경도, 탄성계수 등의 특성을 구하고 있다. 그러나 현재 널리 쓰이고 있는 분석법(Oliver-Pharr Method)은 기판의 영향이 이론적으로 고려되지 않아 단순히 적용하기에는 무리가 있다. 따라서 본 연구에서는 기판 영향을 고려한 타 연구자들의 모델에 대한 적용성을 확인하고, 압입자와 시편 표면에서 발생하는 소성쌓임 현상(pile-up)에 대해 압입깊이의 보정을 실시하였다. 유연소자 박막의 탄성계수를 평가하고 검증하기 위하여 폴리이미드 및 실리콘 웨이퍼 기판 위에 금속, 비정질 박막을 증착하여 실제 실험을 수행하여 비교하였다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2018년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.129-129
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• 2018

Hard coating application is effective way of cutting tool for hard-to-machine materials such as Inconel, Ti and composite materials focused on high-tech industries which are widely employed in aerospace, automobile and the medical device industry also Information Technology. In cutting tool for hard-to-machine materials, high hardness is one of necessary condition along with high temperature stability and wear resistance. In recent years, high-entropy alloys (HEAs) which consist of five or more principal elements having an equi-atomic percentage were reported by Yeh. The main features of novel HEAs reveal thermodynamically stable, high strength, corrosion resistance and wear resistance by four characteristic features called high entropy, sluggish diffusion, several-lattice distortion and cocktail effect. It can be possible to significantly extend the field of application such as cutting tool for difficult-to-machine materials in extreme conditions. Base on this understanding, surface coatings using HEAs more recently have been developed with considerable interest due to their useful properties such as high hardness and phase transformation stability of high temperature. In present study, the nanocomposite coating layers with high hardness on WC substrate are investigated using high entropy alloy target made a powder metallurgy. Among the many surface coating methods, reactive magnetron sputtering is considered to be a proper process because of homogeneity of microstructure, improvement of productivity and simplicity of independent control for several critical deposition parameters. The N2 is applied to reactive gas to make nitride system with transition metals which is much harder than only alloy systems. The acceleration voltage from 100W to 300W is controlled by direct current power with various deposition times. The coating layers are systemically investigated by structural identification (XRD), evaluation of microstructure (FE-SEM, TEM) and mechanical properties (Nano-indenter).

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.389-389
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• 2013

HfOx (Hafnium oxide)는 ~25의 고유전상수, 5.25 eV의 비교적 높은 Band-gap을 갖는 물질로 MOSFET (metal-oxide semiconductor field-effect-transistor) 구조의 Oxide 박막을 대체 가능한 물질로 연구가 지속되고 있다. 현재까지 진행된 대다수의 연구는 증착 조건에 따른 박막의 결정학적 및 전기적 특성에 대한 주제로 진행되었고 다양한 연구 결과가 보고된바 있다. 하지만 기존의 연구 기법은 박막의 nanomechanics 특성에 대한 연구가 부족하여 이를 보완하기 위한 연구가 절실하다. 따라서 본 연구에서는 HfOx 박막 내 포함된 산소가 고온 열처리 과정에서 빠져나감으로 인한 박막의 nanomechanics 특성을 확인하고자 하였다. 시료는 rf magnetron sputter를 이용하여Si (silicon) 기판위에 Hafnium target으로 산소유량(5, 10, 15 sccm)을 달리하여 증착하였고, 이후 furnace에서 $400^{\circ}C$에서 $1,000^{\circ}C$까지 질소분위기에서 20분간 열처리를 실시하였다. 실험결과 시료의 전기적 특성을 I-V 곡선을 측정하여 확인하였고, 증착 시 산소 유량이 5 sccm에서 15 sccm으로 증가함에 따라서 누설전류 특성은 급격히 향상되었고, 열처리 온도가 증가함에 따라 감소하는 특성을 나타내었다. 또한 시료의 nanomechanics 특성을 확인하기 위하여 nano-indenter를 이용하여 시료의 표면강도(surface hardness)와 탄성계수(elastic modulus)를 확인하였다. 측정결과 5 sccm 시료의 표면강도와 탄성계수는 상온에서 열처리 온도가 증가함에 따라 각각 7.75 GPa에서 9.19 GPa로, 그리고 133.83 GPa에서 126.64 GPa로 10, 15 sccm의 박막의 비하여 상대적으로 균일한 특성을 나타내었다. 이는 증착 시 박막 내 과포화된 산소가 열처리 과정에서 빠져나감으로 인한 것이며, 또한 과포화된 정도에 따라 더 적은 열처리 에너지에 의하여 박막을 빠져나감으로 인한 것으로 판단된다. 또한 열처리 과정에서 산소가 빠져나가는 상대적인 flux의 영향으로 인하여 박막의 mechanical한 균일도의 변화가 나타났다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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• pp.333-334
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• 2007

Diamond-like carbon (DLC)박막은 높은 경도, 화학적 안정성, 높은 광 투과성을 가지고 있어, 공구강, 광학렌즈 및 플라스틱의 보호 코팅을 위해 응용되어진다. 본 연구에는 DLC 박막은 Silicon을 기반으로 하는 태양전지 반사 반지막으로 응용을 위해, 13.56 MHz RF 플라즈마 화학기상 증착 (RF-PECVD)법을 통해 합성되었다. DLC 합성 시 RF power는 150 W, 메탄 (CH4)가스의 유량은 6%~10% 조절되었다. 합성되어진 DLC 박막의 광학적 특성은 UV spectrometry, Ellipsometry를 사용하여 분석되었고, 경도는 Nano-indenter를 사용하여 측정되었다. 측정 결과 투과도와 굴절률 등의 광학적 특성은 탄소 조성비가 6%정도에서 가장 좋은 결과 값을 얻었으나, 물리적 특성인 경도는 탄소 조성비가 높을수록 증가하는 경향을 보였으며, Si기판과의 접착력은 32N 이상의 높은 값을 나타내었다. 결과로써, DLC 박막은 합성시 적절한 탄소 조성비를 통해 silicon을 기반으로 하는 태양전지 반사방지막으로 응용할 수 있다.

• 한국진공학회지
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• 제20권3호
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• pp.200-204
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• 2011

이 논문에서는 반도체의 기판으로 사용되는 Si(silicon)기판과 금속배선 물질인 Cu(copper)의 확산을 효과적으로 방지하기 위한 W(Tungsten)-C(Carbon)-N(Nitrogen) 확산방지막을 제시하였고, 시료 증착을 위하여 rf magnetron sputter를 사용하여 동일한 증착조건에서 질소(N)의 비율을 다르게 증착한 후 시료의 열적 안정성 측정을 위하여 상온에서 $800^{\circ}C$까지 각각 질소 분위기에서 30분간 열처리 과정을 실시하여 열적 손상을 인가하였다. 이후 Nanoindentation 기법을 이용하여 총 16 points에서 Elastic modulus와 Weibull distribution을 측정하였다. 그 결과 질화물질이 고온에서 물성변화가 적게 나타나는 것을 알 수 있었고, 온도변화에 따른 박막의 균일도와 결정성 또한 질화물질에서 더 안정적이었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.114-114
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• 2010

최근 고용량의 디커플링 캐패시터를 기판에 내장하여 고주파 발생의 원인인 배선길이와 실장 면적을 획기적으로 줄이는 임베디드 디커플링 캐패시터에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만 기존의 공정들은 높은 공정온도와 같은 공정상의 한계를 가지고 있어 상온 저 진공 분위기에서 세라믹 분말을 기판에 고속 분사시켜 기공과 균열이 거의 없는 치밀한 나노구조의 세라믹 제작이 가능한 후막코팅기술인 Aerosol Deposition Method (ADM)에 착목하였으며, 이 ADM을 박막공정으로 응용하여 $BaTiO_3$ 박막을 제작하고 고용량의 디커플링 캐패시터 제작을 실현하고자 한다. 하지만, Cu 기판 상에 성막 된 $0.5\;{\mu}m$이하의 $BaTiO_3$ 박막에서는 $BaTiO_3$ 분말 내에 존재하는 평균입자 보다 큰 입자와 응집분말로 인해 발생하는 pore, crater, not-fully-crushed particles와 같은 거시적인 결함들에서의 전류 통전과 울퉁불퉁한 $BaTiO_3$ 박막과 기판 사이의 계면에서의 전계의 집중에 의한 전류의 증가로 인하여 큰 누설전류 발생하는 문제에 봉착하였다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 제시된 효과적인 방법으로 Stainless steel 기판과 같이 표면경도가 높은 기판을 사용하는 것이며, 이를 통해 $0.2\;{\mu}m$의 두께까지 유전 $BaTiO_3$ 박막을 성막 할 수 있었으며, 치밀한 표면 미세구조와 줄어든 $BaTiO_3$ 박막과 기판 사이의 계면의 거칠기를 확인하였다. 하지만, $BaTiO_3$ 박막 내에 발생하는 누설전류의 근본원인을 확인하기 위해서는 누설전류에 대한 미시적인 접근이 더욱 요구된다. 이에 본 연구에서는 누설전류 발생원인의 미시적 접근을 위해 두께에 따른 $BaTiO_3$ 박막의 누설전류 전도기구에 대한 조사하였으며, 이를 통해 $BaTiO_3$ 박막내 발생하는 누설전류의 원인은 $BaTiO_3$막 내에서 donor로서 역할을 하는 oxygen vacancy와 불균일한 전계의 집중으로 인한 전자의 tunneling 현상임을 확인할 수 있었다. 또한, Nano-indenter와 Conductive atomic force microscopic를 이용한 정밀 측정을 통해 표면경도의 중요성을 재확인하였으며 $BaTiO_3$ 박막의 두께가 $0.2\;{\mu}m$이하로 더욱 얇아지게 되면 입자간 결합 문제 또한 ADM을 박막화 하는데 있어 중요한 요소임을 확인하였다.

• 한국안광학회지
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• 제14권1호
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• pp.57-62
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• 2009

목적: Magnetron의 세기를 비대칭으로 한 unbalanced magnetron sputtering 장치를 설계 제작하고 sus304시편 위에 TiN박막을 증착하여 색상과 경도에 관한 연구를 하고자 한다. 방법: 증착된 박막표면의 화학조성을 양적으로 분석하기 위하여 XPS high resolution scan과 curve fitting을 수행하였으며, 박막 표면의 경도를 측정하기 위해 nano indentation 장비를 이용하였다. 결과: 박막 두께가 두꺼워지면 박막의 색상은 처음에는 연한 금색, 시간이 지남에 따라 어두운 금색, 연보라, 남색으로 바뀌었다. 두께에 따른 박막의 색상변화는 박막에$TiO_{x}N_{y}$, $TiO_2$, TiN과 같은 세가지 화합물의 조성변화에 기인함을 알 수 있었으며,$ TiO_{x}N_{y}$의 조성변화가 두께에 따른 색상변화에 가장 큰 영향을 미치는 것을 여겨졌다. 결론: TiN박막의 비커스 경도가 TiN의 일반적인 경도보다 수치가 작은 것은 박막이 TiN, $TiO_2$,$TiO_{x}N_{y}$ 세가지 물질 섞여 있기 때문이라고 여겨지며, 두께에 따른 박막의 경도가 점점 커지다가 줄어드는 것은 두께에 따른 TiN 양과 밀접한 관계가 있음을 알 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 1999년도 제17회 학술발표회 논문개요집
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• pp.112-112
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• 1999

고분자 표면에 MeV급 이온을 주입하게 되면 화학적, 광학적, 물리적, 전기적 특성 등 기존의 재래식 공정으로는 불가능한 다양한 특성변화가 일어나게 된다. 본 실험에서는 이온 조사에 따른 micro-hardness의 변화에 중점을 두어 관찰하였다. 수 MeV로 가속시킨 Cl과 C 이온을 Kapton, Teflon, PMMA에 조사량을 바꾸어가며 조사하였다. 이때 조사 전후 고분자 시료의 표면 경도는 depth-sensing nanoindentation technique (Nano Indenter II, USA)을 이용하여 측정하였다. 측정깊이는 극표면 효과와 기측효과의 영향을 무시할 수 없는 100nm로 결정하였다. 또한 이와 같은 경도변화를 규명하기 위하여 각각의 시료에 대해 FTIR, Raman, UV-VIS, RBS, XPS 스펙트럼을 측정하였으며, 조사중에 발생되는 가스상 분자들을 RGA를 이용하여 측정하였다. 1 MeV Cl 이온을 Kato에 4x1015ions/cm2 조사하면 경도가 0.35 GPa에서 7.1GPa로 약 20배 정도 증가하게 되며, 이 경도는 stainless steel 경도 2~3 GPa, martensite steel 8~12와 비교하여 보면 상당히 높은 수준임을 알 수 있다. Teflon과 PMMA 시료의 경우 1MeV Cl 이온 4X1015ions/cm2를 조사시키면 각각 경도가 0.31GPa에서 4.1a, 0.30 GPa에서 3.9GPa로 변화하였으며 Kapton에 비하여 상대적으로 경도의 변화가 적음을 알 수 있었다. 이온 주입된 Kapton의 경우 FT-IR측정에 의하여 이온 조사량이 증가함에 따라 C=O 진동, 이미드그룹의 CONH, tertiary amine의 C-N 흡수 피크가 감소되며, 1X1014ions/cm2 이상의 양이 조사되어야 개질변화가 일어남을 알 수 있었다. XPS 측정 결과 Kapton에 조사되는 이온양이 증가할수록 C=O, C-O 및 C-N의 탄소는 감소하고 페닐고리 탄소가 증가함을 알 수 있었다. 또한 이온 조사 중 측정한 RGA에서도 CO 가스가 대량 방출되는 현상을 관찰하였으며 FTIR 및 XPS에서의 C=O 결합의 감소와도 일치하였다. RBS에 의한 CNO 원소의 변화에서도 다른 원소보다 O의 감소가 현저하게 나타남을 확인하였다. UV-VIS 측정을 통해 조사 이온량에 따라 에너지 준위가 변동하여 흡수스펙트럼이 장파장으로 확대됨을 알 수 있었으며, 이는 공액 2중 결합의 형성에 의한 $\pi$-전자 및 기타 결함에 기인한다. PMMA 및 Teflon의 경우 FTIR 측정에 의하여 이온 조사됨에 따라 function group 들의 peak가 세기가 감소되면서 완만해지는 경향을 보이며 원래의 구조를 상실하게 된다. PMMA와 Teflon은 이온 조사가 되면 가교형서보다는 사슬절단이 주로 일어나므로 가교형성이 잘 일어나는 Kapton보다는 상대적으로 경도의 증가가 적음을 알 수 있었다.

• 한국표면공학회지
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• 제46권2호
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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.