| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2012년 봄 (05/17 ~ 05/18, 무주덕유산리조트) |
| 권호 | 18권 1호 |
| 발표분야 | B. 나노재료(Nanomaterials) |
| 제목 | Si, W, Ti 기판 위에서 나노결정질 다이아몬드 박막의 성장 거동 비교 |
| 초록 | 나노결정질 다이아몬드(Nanocrystalline Diamond: NCD) 박막은 고경도와 낮은 마찰계수를 가지고 있어 고속도강이나 초경합금 등 절삭공구 위에 코팅하여 공구의 성능 향상을 도모하고자 하는 노력이 있어 왔다. 그러나 NCD 박막의 잔류응력이 크고, Fe나 Co 원소가 포함되어 있는 모재에는 NCD가 증착되지 않는다는 문제점이 있다. 잔류응력 완화와 다이아몬드 핵생성을 위하여 제3의 중간층 재료가 필요하다. 다양한 중간층 위에서 다이아몬드 입자의 핵생성과 박막으로의 성장 과정에 관한 기초연구가 부족한 실정이다. 본 연구에서는 Si, W, Ti 위에서 NCD 박막의 성장 거동을 비교하였다. Si 웨이퍼 위에 DC 마그네트론 스퍼터를 이용하여 1 μm 두께의 W 또는 Ti 중간층을 증착하고, 그 위에 Microwave Plasma Chemical Vapor Deposition (MPCVD) 방법으로 30분, 1시간, 2시간, 4시간, 8시간으로 변화시켜 가며 NCD 박막을 증착하였다. 또한 Si 웨이퍼 위에 바로 NCD 박막을 같은 시간 동안 증착한 후, 세 가지 종류의 시편에 대하여 FESEM을 이용하여 표면과 단면의 형상을 관찰하여 NCD 입자 및 박막의 성장 거동을 비교하였다. 한편 XRD와 Raman spectroscopy를 통해 NCD 박막의 결정성을 확인하였다. 성장 초기에 각 기판 위에 NCD 입자들이 생성되어 성장한 후, 일정시간이 지나면 박막이 형성되어 성장하였다. Si, W, Ti 기판에 1시간 증착한 NCD 입자의 단위면적(cm2) 당 평균 밀도는 각각 6.1 x 107, 1.8 x 109, 2.9 x 108이었으며, 입자 평균 크기는 각각 1.9, 0.20, 0.19 μm이었다. 각 기판 위에서의 NCD 박막 높이를 측정한 결과, 박막 성장속도는 Si, W, Ti의 순서로 각각 0.94, 0.75, 0.25 μm/h로 나타났다. 연구 결과, 중간층이 Ti일 때보다 W일 때 NCD의 성장속도가 더 크고, 박막의 질도 W의 경우가 더 우수한 것을 확인하였다. W 중간층 위의 NCD 박막에 대하여 여러 가지 특성을 평가 중에 있다. |
| 저자 | 나봉권, 명재우, 강찬형 |
| 소속 | 한국산업기술대 |
| 키워드 | nanocrystalline diamond; microwave plasma CVD; thin film; nucleation and growth |
