• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.285-285
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• 2013

Recently, hexagonal boron nitride (h-BN), which is III-V compound of boron and nitride by strong covalent sp2 bonds has gained great interests as a 2 dimensional insulating material since it has honeycomb structure with like graphene with very small lattice mismatch (1.7%). Unlike graphene that is semi-metallic, h-BN has large band gap up to 6 eV while providing outstanding properties such as high thermal conductivity, mechanical strength, and good chemical stability. Because of these excellent properties, hBN can potentially be used for variety of applications such as dielectric layer, deep UV optoelectronic device, and protective transparent substrate. Low pressure and atmospheric pressure chemical vapor deposition (LPCVD and APCVD) methods have been investigated to synthesize h-BN by using ammonia borane as a precursor. Ammonia borane decomposes to polyiminoborane (BHNH), hydrogen, and borazine. The produced borazine gas is a key material that is a used for the synthesis of h-BN, therefore controlling the condition of decomposed products from ammonia borane is very important. In this paper, we optimize the decomposition of ammonia borane by investigating temperature, amount of precursor, and other parameters to fabricate high quality monolayer h-BN. Synthesized h-BN is characterized by Raman spectroscopy and its absorbance is measured with UV spectrophotometer. Topological variations of the samples are analyzed by atomic force microscopy. Scanning electron microscopy and Scanning transmission Electron microscopy are used for imaging and analysis of structures and surface morphologies.

• Tribology and Lubricants
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• 제35권4호
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• pp.199-205
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• 2019

Two-dimensional materials such as graphene, h-BN, and $MoS_2$ have attracted increased interest as solid lubricant and protective coating layer for nanoscale devices owing to their superior mechanical properties and low friction characteristics. In this work, the frictional properties of single-layer graphene, h-BN, and $MoS_2$ are experimentally investigated under various normal forces using atomic force microscope (AFM) tips with a spherical and flat end, with the aim to gain a better understanding of frictional behaviors. The nonlinear relationship between friction and normal force friction was clearly observed for single-layer graphene, h-BN, $MoS_2$ specimens slid against the spherical and flat AFM tips. The results also indicate that single-layer graphene, h-BN, $MoS_2$ exhibit low frictional properties (e.g., friction coefficient below 0.1 under 70~100 nN normal force). In particular, graphene is found to be superior to h-BN and $MoS_2$ in terms of frictional properties. However, the friction of single-layer graphene, h-BN, $MoS_2$ against the flat tip is larger than that against the spherical tip, which may be attributed to the relatively large adhesion. Furthermore, it is shown that the fluctuation of friction is more significant for the flat tip than the spherical tip. The resutls of this study may be helpful to elucidate the feasibility of using two-dimensional materials as solid lubricant and protective coating layer for nanoscale devices.

• 한국정밀공학회지
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• 제25권7호
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• pp.47-54
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• 2008

Recently, application of ceramics has increased gradually due to excellent mechanical properties. Si3n4-BN ceramic which is one of ceramics is very hard and has superior resistance against volatile temperature and wear. However, extremely high hardness of the $Si_3N_4-BN$ ceramic makes conventional machining very difficult. Therefore, the use of machinable ceramic has been in a poor because of difficult industrial processes in spite of many advantages. And so new technology being called IED(In-process electrolytic dressing) was introduced to solve this problem. The aim of this study is to determine the machining characteristics in terms of pressurized weight to the workpiece and the influence with h-BN content using IED lapping system. Also, Acoustic Emission (AE) is used for the monitoring of surface characteristics.

• 한국세라믹학회지
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• 제42권8호
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• pp.582-587
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• 2005

AlN-BN ceramic composites were fabricated and their mechanical properties were investigated. The relative density of hot-pressed composites decreased with increasing BN content, but over $99\%$ could be obtained with 30 $vol\%$ BN in AlN. YAG was formed in the composites and monolithic AlN as a second phase by the reaction between $Y_2O_3$, added as sintering aid, and $Al_2O_3$. As expected, Vickers hardness and Young's modulus decreased with increasing BN content. The three-point flexural strength also showed similar behavior decreasing from 500 MPa of monolith down to 250 MPa by the addition 30 $vol\%$ BN. However, interestingly, the standard deviation of the strength values decreased significantly as BN was added to AlN. As a result, the Weibull modulus of the AlN-30 $vol\% BN composite was 21.3, which was extremely high. Fractography and crack path studies revealed that BN platelets induced grain pull-out and crack bridging in a bigger scale during crack propagation. Consequently, fracture toughness increased as more BN was added, reaching 4.5 $MPa\sqrt{m}$ at 40 $vol\%$ BN.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 1999년도 제17회 학술발표회 논문개요집
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• pp.146-146
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• 1999

BN은 천연에는 존재하지 않는 인공재료로서 특히 섬아연광형 질화붕소인 c-BN은 다이아몬드 다음가는 고경도, 높은 열전도도를 가지고 있을 뿐만 아니라 다이아몬드와는 달리 철계금속에 대해 화학적으로 매우 안정하기 때문에 다이아몬드의 응용이 매우 제한되고 있는 철강제품의 가공공구, 내마모 코팅재료로서 주목받고 있는 차세대 박막재료이다. 최근 c-BN박막 합성에 관한 많은 연구결과들이 보고되었는데 대부분의 연구자들이 성장하는 박막 표면에 입사되는 이온 에너지 및 유량이 c-BN 합성에 중요한 인자이며, 합성된 박막은 sp2결합층(h-BN)과 sp3결합층(c-BN)이 혼합되어 있음을 알 수 있다. 그러나 기존의 이온빔보조 합성법(IBAD) 공정에서는 입사빔과 증착물질이 공간적, 시간적으로 일치되는 경우에만 입사빔의 운동에너지가 증착공정에 기여하기 때문에 입사빔의 정밀한 에너지 조절이 어렵게 된다. 그러나 음이온 빔 직접 증착법에서는 입사이온빔 자신이 운동에너지를 운반하기 때문에 에너지 조절이 정밀할 뿐만 아니라 이를 통해 BN 박막의 상 및 성장거동을 조절할 수 있게 된다. 본 연구에서는 음이온 직접 증착법을 이용하여 c-BN박막을 합성하고 이의 초기성장층의 성장거동을 조사하였다. 증착시 음이온 빔의 에너지가 Bn 박막의 결정성에 미치는 영향을 알아보기 위하여 100~500eV의 보론 음이온빔을 조사하였으며 질소원으로는 낮은 낮은 에너지 범위의 질소이온을 동시에 공급하였다. FRIR 분석결과, 보론 이온의 에너지가 증가하면 cubic 상의 분율이 증가하였으며 증착된 박막은 15nm 두께의 sp2결합층이 먼저 성장한후 sp3결합층으로의 상전이가 일어났다. 질소이온빔의 에너지는 100eV 일 때 최대 cubic 함량과 두께를 보였으며 그 이상의 에너지에서는 c-BN 박막을 sputter시켰다. AFM 관찰결과, h-Bn층은 날카롭고 방향성을 가진 침상이었으며 c-BN 층은 atomically smooth 한 표면을 관찰할 수 있었다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2003년도 추계학술발표회초록집
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• pp.52-52
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• 2003

cubic boron nitride(cubic BN)는 기계적, 전기적, 광학적, 열적으로 우수한 특성 때문에 다양한 분야에 응용 가능한 재료로, 수 십년 동안 연구되어 오고 있다. 그러나 아직까지 막내 cubic BN이 차지하는 함량과 접착력의 저조 때문에 실제로 응용되기에는 무리가 있다. 많은 이들이 이 문제점들을 해결하기 위해 노력하고 있다. Cubic BN의 생성 매카니즘에 관해서는 여러 모델들이 제시되고 있으나 아직까지 정론화된 것은 없다. 대표적인 모델들로는 스퍼터 모델, 스트레스 모델, 서브플렌테이션 모델 등이 있다. 그러나 BN 막내의 구조가 hexagal BN과 cubic BN이 혼합되어 있는 구조라는 것과 cubic BN이 형성되기 위해서는 이온 충돌 에너지가 필요하다는 점은 모든 모델들에서 일반적으로 취하고 있다. 본 연구에서는, 유도 결합 플라즈마 화학 기상 증착법을 이용해 cubic BN 박막을 증착하였다. 소스 가스로는 BCl$_3$, $N_2$, H$_2$, Ar를 사용하였다. 기판에 가해지는 R.F. 바이어스가 박막내 cubic BN의 함량에 어떠한 영향을 미치는 지에 대해 연구하였다. cubic BN 상의 확인은 FT-IR 장비로 분석하였고, 막내 조성은 AES로, 박막의 두께는 FE-SEM으로 확인하였다.

• 한국진공학회지
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• 제8권1호
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• pp.43-50
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• 1999

이온빔보조증착법으로 h-BN을 증착하여 이온에너지 및 기판온도에 따른 hexagonal ring의 배열 및 결정성의 변화를 연구하였다. 보론은 전자빔으로 1.5 $\AA$/sec 의 속도로 증발시켰으며, 질소는 둥-hall 형 이온건으로 60, 80, 100eV의 에너지로 공급하였다. 기판의 온도는 상온(no heating), 200, 400, 500, $800^{\circ}C$로 변화시켰다. 질소이온에너지가 증가할수록 hexagonal ring의 c축은 기판에 평행하게 배열하여 100 eV의 질소이온에너지에서 가장 좋은 배열을 나타내었다. 이는 이온에너지가 높을수록 합성 막에 큰 압축응력이 발생하기 때문으로 생각된다. 기판온도에 따라서는 온도가 증가함에 따라 배열이 증가하다가 약 $400^{\circ}C$에서 최대가 되고 그 보다 높은 온도에서는 배열이 감소하였다. 그리고 결정도는 온도가 증가할수록 향상되었다. 이러한 경향들은 온도가 증가함에 따라 원자 이동도는 증가하고 응력발생은 어려워지는 경향으로부터 잘 설명된다. 또한 nano-indentor로 측정한 h-BN막의 경도는 c-축의 배열정도와 같은 경향을 보였다. 이온빔보조증착법은 hexagonal ring의 배열을 통해 h-BN막 성질의 최적화에 효과적인 방법으로 판단된다.

• 전기학회논문지
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• 제61권1호
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• pp.89-93
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• 2012

c-BN films were deposited on SKH-51 steels by electron assisted hot filament CVD method and microstructure development was studied processing parameters such as bias voltage, temperature, etching and phase transformation at boundary layer between BN compound and steel to develop a high performance wear resistance tools. A negative bias voltage higher than 200V at substrate temperature of $800^{\circ}C$ and gas pressure of 20 torr in B2H6-NH3-H2 gas system was one of optimum conditions to produce c-BN films on the SKH-51 steels. Thin layer of hexagonal boron nitride phase was observed at the interface between c-BN layer and substrate.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.382-382
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• 2011

이차원 결정인 그래핀(graphene)은 전하도핑(charge doping)과 기계적 변형에 민감하기 때문에 기판의 물리 및 화학적 구조 및 특성에 따라 그래핀의 물성이 크게 영향을 받는다고 알려져 있다. 특히 널리 사용되고 있는 산화실리콘($SiO_2$/Si) 기판에 존재하는 나노미터 크기의 굴곡과 전하 트랩(charge trap)은 전하 이동도 및 화학적 안정성 등의 면에서 그래핀 고유의 뛰어난 물성을 제한하는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 비정질 산화실리콘 기판을 대조군으로 삼아 편평도가 높은 결정성 h-BN (hexagonal boron nitride) 기판이 그래핀에 미치는 영향을 관찰하였다. 화학기상증착법(chemical vapor deposition 또는 CVD)으로 성장시킨 그래핀을 각 기판에 전사시킨 후 라만 분광법을 통해 전하 도핑 및 기계적 변형 정도를 측정하였다. h-BN 위에서는 외부 환경에서 기인하는 전하 도핑 정도가 산화실리콘 기판보다 적게 관찰되었다. 또한 h-BN 위에 고착된 그래핀 시료에서는 기판-그래핀 상호작용에서 기인하는 것으로 보이는 새로운 라만 분광 특성이 관찰되었다.

• 한국정밀공학회지
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• 제12권8호
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• pp.99-105
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• 1995

This paper provides a highly efficient grinding for ferrous materials using ELID-grinding method. The grinding efficiency using ELID gring method with CIFB-cBN wheel and CB-cBN wheel is compared with general grinding method with V-cBN wheel. This paper measured grinding ratio for plunge grinding and grinding resistance for traverse grinding in order to investigate grinding ability. The results show that ELID grinding methods is useful for the high efficient grinding of ferrous materials.