• Journal of the Korean institute of surface engineering
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• v.50 no.6
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• pp.523-530
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• 2017

In this study, we developed the h-BN interphase for ceramic matrix composites (CMCs) through a wet chemical coating method, which has excellent price competitiveness and is a simple process as a departure from the existing high cost chemical vapor deposition method. The optimum condition for nitriding an h-BN interphase using boric acid and urea as precursors were derived, and the h-BN interphase coating through a wet method on a carbon preform of 2.5 D was conducted to apply the optimum conditions to the CMCs. In order to control the coating property via the wet coating method, four parameters were investigated such as dipping time of the specimen in the precursor solution, the ratio of boric acid and urea in the precursor, the concentration of solution where the precursor was dissolved, and the cycle of dipping and dry process. The CMCs was fabricated through polymer impregnation and pyrolysis (PIP) processes and a three-point flexural strength test was conducted to verify the role of the coated h-BN interphase.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.8 no.1
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• pp.43-50
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• 1999

We have studied the alignment and the lattice quality of hexagonal rings of h-BN films synthesized by ion beam assisted deposition (IBAD) method. Boron was e-beam evaporated at 1.5 $\AA$/sec and nitrogen gas was ionized using end-hall type ion gun at 60, 80, and 100 eV, respectively. Substrate was either not heated or heated at 200, 400, 500, and $800^{\circ}C$, respectively. As nitrogen ion energy increases, c-axes of hexagonal rings tend to align parallel to the substrate, which is explained by larger compressive stress at higher ion energies. Alignment of c-axis increases with temperature and shows maximum around $400^{\circ}C$. The lattice quality of hexagonal rings improves with temperature. Such behaviors can be understood from two counter trends of increasing the atomic mobility and decreasing compressive stress with temperature. Hardness of h-BN films shows the same trend with the alignment of c-axis. Ion beam assisted deposition method seems to be effective for aligning hexagonal rings and optimizing h-BN properties.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1998.02a
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• pp.120-120
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• 1998

Boron nitride (BN) films have attracted a growing interest for a variety of t technological applications due to their excellent characteristics, namely hardness, c chemical inertness, and dielectrical behavior, etc. There are two crystalline phases 1551; of BN that are analogous to phases of carbon. Hexagonal boron nitride (h-BN) has a a layered s$\sigma$ucture which is spz-bonded structure similar to that of graphite, and is t the stable ordered phase at ambient conditions. Cubic boron nitride (c-BN) has a z zinc blende structure with sp3-bonding like as diamond, 따ld is the metastable phase a at ambient conditions. Among of their prototypes, especially 삼Ie c-BN is an i interesting material because it has almost the same hardness and thermal c conductivity as di없nond. C Conventionally, significant progress has been made in the experimental t techniques for synthesizing BN films using various of the physical vapor deposition 밍ld chemical vapor deposition. But, the major disadvantage of c-BN films is that t they are much more difficult to synthesize than h-BN films due to its narrow s stability phase region, high compression stress, and problem of nitrogen source c control. Recent studies of the metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) of I III - V compound have established that a molecular level understanding of the d deposition process is mandatory in controlling the selectivity parameters. This led t to the concept of using a single source organometallic precursor, having the c constituent elements in stoichiometric ratio, for MOCVD growth of 삼Ie required b binary compound. I In this study, therefore, we have been carried out the growth of h-BN thin f films on silicon substrates using a single source precursors. Polycrystalline h-BN t thin films were deposited on silicon in the temperature range of $\alpha$)() - 900 $^{\circ}$C from t the organometallic precursors of Boron-Triethylamine complex, (CZHs)3N:BRJ, and T Tris(dimethylamino)Borane, [CH3}zNhB, by supersonic molecular jet and remote p plasma assisted MOCVD. Hydrogen was used as carrier gas, and additional nitrogen w was supplied by either aDlIDonia through a nozzle, or nitrogen via a remote plasma. T The as-grown films were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy, x x-ray pthotoelectron spectroscopy, Auger electron spectroscopy, x-ray diffraction, t transmission electron diffraction, optical transmission, and atomic force microscopy.roscopy.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.114-114
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• 1999

Boron nitride (BN)는 매우 뛰어난 물리적, 화학적 성질을 가지고 있는 재료로 많은 연구가 진행되고 있다. hexagonal 형태의 hBN의 경우 큰 전기 저항과 열 전도도를 가지고 있고 열적 안정성을 가지고 있어 반도체 소자에서 절연층으로 쓰일 수 있다. 또한 X-ray와 가시광선을 투과시키기 때문에 X-ray와 가시광선을 투과시키기 때문에 X-ray lithography이 mask 기판으로 사용될 수 있다. Boron-carbon-nitrogen (BCN) 역시 뛰어난 기계적 성질과 투명성을 가지고 있어 보호 코팅이나 X-ray lithography에 이용될 수 있다. 또한 원자 조성이나 구성을 변화시켜 band gap을 조절할 수 있는 가능성을 가지고 있기 때문에 전기, 광소자의 재료로 이용될 수 있다. 본 연구에서는 여러 합성 조건 변화에 따른 hBN 막의 합성 거동을 관찰하고, 카본 농도변화에 따른 BCN 막의 기계적 성질과 구조의 변화, 그리고 실리콘 첨가에 의한 물성 변화를 관찰하였다. BN박막은 실리콘 (100) 기판 위에 r.f. plasma assisted CVD를 이용하여 합성하였다. 합성 압력 0.015 torr, 원료 가스로 BCl3 1.5 sccm, NH3 6sccm을 Ar 15 sccm을 사용하여 기판 bias (-300~-700V)와 합성온도 (상온~50$0^{\circ}C$)를 변화시켜 BN막을 합성하였다. BCN 박막은 상온에서 기판 bias를 -700V로 고정시킨 후 CH4 공급량과 Ar 가스의 첨가 유무를 변화시켜 합성하였다. 또한 SiH4 가스를 이용하여 실리콘을 함유하는 Si-BCN 막을 합성하였다. 합성된 BN 막의 경우, 기판 bias와 합성 온도가 증가할수록 증착속도는 감소하는 경향을 보여 주었다. 기판 bias와 합성온도에 따른 구조 변화를 SEM과 Xray로 분석하였다. 상온에서 합성한 경우는 표면형상이 비정질 형태를 나타내었고, X-ray peak이 거의 관찰되지 않았다. 합성온도가 증가하게 되면 hBN (100) peak이 나타나게 되고 이것은 합성된 막이 turbostratic BN (tBN) 형태를 가지고 있다는 것을 나타낸다. 50$0^{\circ}C$의 합성 온도에서 기판 bias가 -300V에서 hBN (002) peak이 관찰되었고, -500, -700 V에서는 hBN (100) peak만이 관찰되었다. 따라서 고온에서의 큰 ion bombardment는 합성되는 막의 결정성을 저해하는 요소로 작용한다는 것을 확인 할 수 있었다. 합성된 BN 막은 ball on disk type의 tribometer를 이용하여 마모 거동을 관찰한 결과 대부분 1이상의 매우 큰 friction coefficient를 나타내었고, nano-indenter로 측정한 BN막의 hardness는 매우 soft한 막에서부터 10 GPa 정도 까지의 값을 나타내었고, nano-indenter로 측정한 BN 막의 hardness는 매우 soft한 막에서부터 10GPa 정도 까지의 값을 가지며 변하였다. 합성된 BCN, Si-BCN 막은 FT-IR, Raman, S-ray, TEM 분석을 통하여 그 구조와 합성된 상에 관하여 분석하였다. FT-IR 분석을 통해 B-N 결합과 C-N 결합을 확인할 수 있었고, Raman 분석을 통하여 DLC의 특성을 분석하였다. 마모 거동에서는 BCN 막의 경우 0.6~0.8 정도의 friction coefficient를 나타내었고 Si-BCN 막은 0.3이하의 낮은 friction coefficient를 나타내었다. Hardness는 carbon의 함유량과 Ar 가스의 첨가 유무에 따라 각각을 측정하였고 이것은 BN 막 보다 향상된 값을 나타내었다.

• Journal of the Korean institute of surface engineering
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• v.32 no.3
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• pp.467-471
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• 1999

BN films were grown on silicon (l00) substrate by magnetically enhanced activated reactive evaporation (ME-ARE) with pulsed DC power instead of r.f. for substrate biasing. The deposited films were analyzed using Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and transmission electron microscopy (TEM). FTIR results show that the intensity of absorption band of $sp^2$ bond of BN decreased and that of $sp^3$ bond of c-BN increased with increasing pulsed DC bias voltage applied to substrate. The initially grown layer at the interface was observed by TEM and considered to be of$ sp^2$-bonded BN. The cross-sectional and planar TEM micrographs show that the upper layer on the initial layer was the single phase c-BN. It is concluded that cubic boron nitride films could be synthesized by ME-ARE process with pulsed DC biasing.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2013.05a
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• pp.46-47
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• 2013

다이아몬드와 같은 $sp^3$ 결합을 가지며, 다이아몬드 다음으로 경도가 강한 입방정 질화붕소(cBN)는 철계금속가공에의 적합성 및 낮은 증착온도로 인하여 표면 코팅소재로의 응용이 크게 기대되어 왔다. 그러나 증착시 cBN 상의 핵생성 이전에 필연적으로 증착되는 비정질 질화붕소(aBN) 및 육방정 질화붕소(hBN) 층의 대기 하에서의 불안정성 그리고 cBN 상의 증착에 수반되는 높은 압축 잔류응력으로 인해 모재와의 밀착력이 낮아지는 문제점 등으로 인해 응용이 크게 제한되어져 왔다. 본 발표에서는 아르곤(Ar)과 질소($N_2$)를 반응가스로 이용하여 스퍼터링법으로 증착한 질화붕소에서 발생하는 높은 잔류응력의 원인과 이를 낮추기 위해 반응가스에 첨가한 수소의 효과에 대해서 상세히 고찰해 보고자 한다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 1999.11a
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• pp.68-68
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• 1999

• Proceeding of EDISON Challenge
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• 2015.03a
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• pp.330-337
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• 2015

본 연구는 제 1원리 계산을 기반으로 여러 BN-그래핀 하이브리드 구조들의 결합 에너지와 밴드갭을 계산하여 그 경향성을 분석했다. 그 결과 하이브리드 구조의 에너지 안정성은 BN영역과 C영역의 결합 개수에 반비례한다는 것을 확인하였으며 결합에너지와 밴드갭이 유사한 서로 다른 두 구조에 대해서는 BN의 비율이 더 높은 구조가 더 안정한 구조라는 것을 보였다. 태양전지에 사용되기 가장 적합한 구조는 육각형의 BN 테두리를 기반으로 한 구조인 것으로 나타났다.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.49 no.6
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• pp.620-624
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• 2012

The role of moisture remaining inside the deposition chamber during the formation of the cubic boron nitride (c-BN) phase in BN film was investigated. BN films were deposited by an unbalanced magnetron sputtering (UBM) method. Single-crystal (001) Si wafers were used as substrates. A hexagonal boron nitride (h-BN) target was used as a sputter target which was connected to a 13.56 MHz radiofrequency electric power source at 400 W. The substrate was biased at -60 V using a 200 kHz high-frequency power supply. The deposition pressure was 0.27 Pa with a flow of Ar 18 sccm - $N_2$ 2 sccm mixed gas. The inside of the deposition chamber was maintained at a moisture level of 65% during the initial stage. The effects of the evacuation time, duration time of heating the substrate holder at $250^{\circ}C$ as well as the plasma treatment on the inside chamber wall on the formation of c-BN were studied. The effects of heating as well as the plasma treatment very effectively eliminated the moisture adsorbed on the chamber wall. A pre-deposition condition for the stable and repeatable deposition of c-BN is suggested.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2000.02a
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• pp.124-124
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• 2000

다이아몬드에 버금가는 높은 경도뿐만 아니라 높은 화학적 안정성 및 열전도성 등 우수한 물리화학적 특성을 가진 입방정 질화붕소(cubic boron nitride)는 마찰.마모, 전자, 광학 등의 여러 분야에서의 산업적 응용이 크게 기대되는 재료이다. 특히 탄화물형성원소에 대해 안정하여 철계금속의 가공을 위한 공구재료로의 응용 또한 크게 기대된다. 이 때문에 각종의 PVD, CVD 공정을 이용하여 c-BN 박막의 합성에 대한 연구가 광범위하게 진행되어 많은 성공사례들이 보고되고 있다. 그러나 c-BN 박막의 유용성에도 불구하고 아직 실제적인 응용이 이루어지지 못한 것은 c-BN 박막의 증착직후 급격한 박리현상 때문이다. 본 연구에서는 평행자기장을 부가한 ME-ARE(Magnetically Enhanced Activated Reactive Evaporation)법을 이용한 c-BN 박막의 합성에서 적용한 증착공정 인자들의 변화에 따른 박리특성 고찰과 함께 다층박막화 및 제 3원소 혼입 방법을 적용하여 박리특성 향상 정도를 조사하였다. BN 박막합성은 전자총에 의해 증발된 보론과 (질소+아르곤) 플라즈마의 활성화반응증착(Activated Reactive Evaporation)에 의해 이루어졌다. 기존의 ARE 장치와 달리 열음극(got cathode)과 양극(anode) 사이에 평행자기장을 부가하여 플라즈마의 증대시켜 반응효율을 높였다. 합성실험용 모재로는 p-type으로 도핑된 (100) Si웨이퍼를 30$\times$40mmzmrl로 절단 후, 10%로 희석된 완충불산용액에 10분간 침적하여 표면의 산화층을 제거한 후 사용하였다. 박막실험실에서의 주요공정변수는 기판바이어스 전압, discharge 전류, Ar/N2가스유량비이었다. 합성된 박막의 결정성 분석을 FTIR을 이용하였으며, BN 박막의상 및 미세구조관찰을 위해 투과전자현미경(TEM;Philips EM400T) 분석을 병행하였고, 박막의 기계적 물성 평가를 위해 미소경도를 측정하였다. 박리특성의 고찰은 대기중에서의 자발적 박리가 일어나 90%이상의 박리가 진행된 시점까지의 시간을 측정하였고, 증착직후 박막의 잔류응력 변화와 연관하여 고찰해 보았다.