Lee Eun-Ok;Park Jong-Keuk;Lim Dae-Soon;Baik Young-Joon
Journal of the Korean Vacuum Society
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v.13
no.4
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pp.150-156
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2004
Boron nitride thin films were deposited on Si(100) substrate by RF (Radio-frequency) UBM (Unbalanced Magnetron) sputtering system. The effect of working pressure and substrate bias voltage on microstructure and compressive stress of boron nitride thin films has been investigated. In high working pressure, the alignment of hBN laminates increased with substrate bias voltage, in low working pressure, however, it was high in low substrate bias voltage. Compressive stress evolution and surface morphology of deposited BN films are closely related with the alignment of hBN laminates. The cBN phase without high compressive stress could be nucleated on hBN thin film by controlling the alignment of hBN laminates.
Park, Jong-Ku;Park, S.T.;S.K. Singhal;S. J. Cui;K. Y. Eun
The Korean Journal of Ceramics
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v.3
no.3
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pp.187-190
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1997
The aluminum-magnesium (Al-Mg) aklloys have been proved to be an effective solvent for synthesis of cubic-phase boron nitride (cBN) from hexagonal-phase boron nitride (hBN) at the conditions of high pressures and high temperatures (HP/HT). Various kinds of hBN powders having different crystallinity have been tested for cBN synthesis with Al-Mg solvents. The conversion ratio from hBN to cBN and the shape of synthesized cBN crystals appeared to be affected strongly by chemical composition and added amount of Al-Mg solvents as well as crystallinity of BN powders. As the magnesium content increased in the Al-Mg solvents, the conversion ratio increased and the size of cBN crystals became larger. The crystal facets developed well in the specimens with solvents having high Mg content. It was observed that a hBNlongrightarrowcBN transformation occurred more easily in the specimens having well crystallized hBN powders. Amorphous BN having much $B_2O_3$ impurity exhibited a low threshold temperature for transformation to cBN, which was attributed to crystallization of amorphous BN to well crystallized hBN prior to transformation into cBN with help of $B_2O_3$.
The effect of h-BN content on microstructure, mechanical properties, and machinability of AlN-BN based machinable ceramics were investigated. The relative density of sintered compact decreased with increasing h-BN content. The four-point flexural strength also decreased from 238 MPa of monolith up to 182 MPa by the addition of 30 vol% h-BN. Both low Young's modulus and residual tensile stress, formed by the thermal expansion coefficient difference between AIN and h-BN, might cause the strength drop in AlN-BN composite. The crack deflection, and pull-out phenomena increased by the plate-like h-BN. However, the fracture toughness decreased with h-BN content. The second phases, consisted of YAG and ${\gamma}$-Al$_2$O$_3$, were formed by the reaction between Al$_2$O$_3$ and Y$_2$O$_3$. During end-milling process, feed and thrust forces measured for AlN-(10~30) vol% BN composites decreased with increasing h-BN particles, showing excellent machinability. Also, irrespective of h-BN content, relatively good surfaces with roughness less than 0.5 m (Ra) could be achieved within short lapping time.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2014.02a
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pp.210.1-210.1
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2014
The hexagonal boron nitride (h-BN) sheet, a 2D material like graphene sheet, is comprised of boron and nitrogen atoms. Similar to graphene, h-BN sheet has attractive mechanical properties while it has a wide band gap unlike graphene. Recently, many experimental groups studied the growth of single BN layer by chemical vapor deposition (CVD) method on the copper substrate. To study the initial stage of h-BN growth on the copper surface, we have performed density functional theory calculations. We investigate several adsorption sites of a boron or nitride atom on the Cu surfaces. Then, by increasing the number of adsorbed B and N atoms, we study formation behaviors of the BN flakes on the surface. Several types of BN flakes atoms such as triangular, linear, and hexagonal shapes are considered on the copper surface. We find that the formation of the BN flake in triangular shape is most favorable on the surface. On the basis of the theoretical results, we discuss the growth mechanism of h-BN layer on the copper surfaces in terms of its shapes in the initial stage of growth.
Park, Kwi-Deuk;Go, Gun-Ho;Lee, Dong-Jin;Kim, Jin-Hyeong;Kang, Myung Chang
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.16
no.1
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pp.36-41
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2017
In this paper, $Si_3N_4/hBN$ ceramics with various hexagonal boron nitride (hBN) contents (0, 10, 20, or 30 wt%) were fabricated via spark plasma sintering (SPS) at $1500^{\circ}C$, 50MPa, and 10m holding time. The material properties such as the relative density, hardness, and fracture toughness were systematically evaluated according to the hBN content in the $Si_3N_4/hBN$ ceramics. The results show that relative density, hardness, and fracture toughness continuously decreased as the hBN content increased. In addition, peak-step drilling (with tool diameter $500{\mu}m$) was performed to observe the effects of hBN content in micro-hole shape and cutting force. A machined hole diameter of $510{\mu}m$ (entrance) and stable cutting force were obtained at 30 wt% hBN content. Consequently, $Si_3N_4/30wt%$ hBN ceramic is a feasible material upon which to apply semi-conductor components, and this study is very meaningful for determining correlations between material properties and machining performance.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2013.02a
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pp.630-630
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2013
Recently, atomically smooth hexagonal boron nitride(h-BN) known as a white graphene has drawn great attention since the discovery of graphene. h-BN is a III-V compound and has a honeycomb structure very similar to graphene with smaller lattice mismatch. Because of strong covalent sp2bonds like graphene, h-BN provides a high thermal conductivity and mechanical strength as well as chemical stability of h-BN superior to graphene. While graphene has a high electrical conductivity, h-BN has a highly dielectric property as an insulator with optical band gap up to 6eV. Similar to the graphene, h-BN can be applied to a variety of field, such as gate dielectric layers/substrate, ultraviolet emitter, transparent membrane, and protective coatings. However, up until recently, obtaining and controlling good quality monolayer h-BN layers have been too difficult and challenging. In this work, we investigate the controlled synthesis of h-BN layers according to the growth condition, time, temperature, and gas partial pressure. h-BN is obtained by using chemical vapor deposition on Cu foil with ammonia borane (BH3NH3) as a source for h-BN. Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM, JEOL-JEM-ARM200F) is used for imaging and structural analysis of h-BN layer. Sample's surface morphology is characterized by Field emission scanning electron microscopy (SEM, JEOL JSM-7100F). h-BN is analyzed by Raman spectroscopy (HORIBA, ARAMIS) and its topographic variations by Atomic force microscopy (AFM, Park Systems XE-100).
Boron nitride films were synthesized with $N_2$ion flux of low energy, up to 100 eV, at different substrate temperatures of no heating, 200, 400, 500, and $800^{\circ}C$, respectively. Boron was supplied by e-beam evaporation at the rate of $1.5\AA$/sec. For all the conditions, hexagonal BN (h-BN) phase was mainly synthesized and high resolution transmission electron microscopy (HRTEM) showed that (002) planes of h-BN phase were aligned vertical to the Si substrate. The maximum alignment occurred around $400^{\circ}C$. In addition to major h-BN phase, transmission electron diffraction (TED) rings identified the formation of cubic BN (c-BN) phase. But HRTEM showed no distinct and continuous c-BN layer. These results suggest that c-BN phase may form in a scattered form even when h-BN phase is mainly synthesized under small momentum transfer by bombarding ions, which are not reconciled with the macro compressive stress model for the c-BN formation.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2013.08a
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pp.252.1-252.1
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2013
Hexagonal boron nitride (h-BN) is a two dimensional material which has high band-gap, flatness and inert properties. This properties are used various applications such as dielectric for electronic device, protective coating and ultra violet emitter so on. 1) In this report, we were growing h-BN sheet directly on sapphire 2"wafer. Ammonia borane (H3BNH3) and nickel were deposited on sapphire wafer by evaporate method. We used nickel film as a sub catalyst to make h-BN sheet growth. 2) During annealing process, ammonia borane moved to sapphire surface through the nickel grain boundary. 3) Synthesized h-BN sheet was confirmed by raman spectroscopy (FWHM: ~30cm-1) and layered structure was defined by cross TEM (~10 layer). Also we controlled number of layer by using of different nickel and ammonia borane thickness. This nickel film supported h-BN growth method may propose fully and directly growing on sapphire. And using deposited ammonia borane and nickel films is scalable and controllable the thickness for h-BN layer number controlling.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2014.02a
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pp.409-409
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2014
Recently hexagonal boron nitride (h-BN), III-V compound of boron and nitrogen with strong covalent $sp^2$ bond, is a 2 dimensional insulating material with a large direct band gap up to 6 eV. Its outstanding properties such as strong mechanical strength, high thermal conductivity, and chemical stability have been reported to be similar or superior to graphene. Because of these excellent properties, h-BN can potentially be used for variety of applications such as dielectric layer, deep UV optoelectronic device, and protective transparent substrate. Ultra flat and charge impurity-free surface of h-BN is also an ideal substrate to maintain electrical properties of 2 dimensional materials such as graphene. To synthesize a single or a few layered h-BN, chemical vapor deposition method (CVD) has been widely used by using an ammonia borane as a precursor. Ammonia borane decomposes into hydrogen (gas), monomeric aminoborane (solid), and borazine (gas) that is used for growing h-BN layer. However, very active monomeric aminoborane forms polymeric aminoborane nanoparticles that are white non-crystalline BN nanoparticles of 50~100 nm in diameter. The presence of these BN nanoparticles following the synthesis has been hampering the implementation of h-BN to various applications. Therefore, it is quite important to grow a clean and high quality h-BN layer free of BN particles without having to introduce complicated process steps. We have demonstrated a synthesis of a high quality h-BN monolayer free of BN nanoparticles in wafer-scale size of $7{\times}7cm^2$ by using CVD method incorporating a simple filter system. The measured results have shown that the filter can effectively remove BN nanoparticles by restricting them from reaching to Cu substrate. Layer thickness of about 0.48 nm measured by AFM, a Raman shift of $1,371{\sim}1,372cm^{-1}$ measured by micro Raman spectroscopy along with optical band gap of 6.06 eV estimated from UV-Vis Spectrophotometer confirm the formation of monolayer h-BN. Quantitative XPS analysis for the ratio of boron and nitrogen and CS-corrected HRTEM image of atomic resolution hexagonal lattices indicate a high quality stoichiometric h-BN. The method presented here provides a promising technique for the synthesis of high quality monolayer h-BN free of BN nanoparticles.
In this study, reciprocating wear tests are performed on AISI 52100 bearing steel to investigate its tribological behavior in a hexagonal boron nitride (h-BN) water solution. The h-BN-based aqueous lubricant is prepared using an atoxic procedure called ultrasonic sonication in pure water. Ball-on-flat reciprocating sliding experiments are conducted, where the ball is slewed on a fixed flat at 50-㎛ displacement. The lubricating behavior of h-BN is compared with that of deionized (DI) water. Results show that the friction coefficient is higher in h-BN testing than that in DI tests, but the results are equalized as the friction coefficient reaches a stable level. Scanning electron microscopic images reveal significant material loss in the center and mild abrasion on the edge of the wear scar in h-BN tests. However, these effects are minor in DI water situations. The results of energy-dispersive X-ray spectroscopy show that considerable oxidation occurs in the central zone of the wear scar in h-BN cases with strong adhesion and material removal. These findings reveal the importance of determining ideal circumstances that can tolerate material friction and wear.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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