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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 강찬형
- 발행연도
- 2013
- 저작권
- 한국산업기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수2
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단결정 Si 웨이퍼, 그 위에 스퍼터로 증착한 두께 1 μm의 W과 Ti 박막 등 세 가지 기판 위에서 나노결정질 다이아몬드(NCD) 입자의 성장 거동에 대해 연구하였다. AFM으로 관찰한 표면거칠기 값은 Si < W < Ti 순이었다. 다이아몬드 입자 생성에 필수적인 초음파 전처리를 실시한 후 표면거칠기 값은 여전히 Si < W < Ti 순이었으나, Si, W 기판은 전처리 전보다 증가하였고, Ti 기판은 감소하였다. 이는 Ti 박막에서 침상의 결정립 끝 부분이 전처리에 의해 깎여 나가 표면이 깨끗해진 것과 연관된다. 접촉각 크기는 Si은 56°, W은 31°, Ti은 0°이었다. 전처리 후 MPCVD에 의해 생성된 NCD 입자는 성장 과정을 거쳐 박막을 형성하였다. 0.5h 동안 증착한 시편의 NCD 입자밀도를 비교하면 Si < W < Ti이었다. 불균일 핵생성의 에너지 장벽은 기판의 접촉각에 비례하므로 그 크기는 Si > W > Ti이고, 에너지 장벽이 클수록 입계 핵의 크기는 크고 핵밀도는 작기 때문에 초기 핵생성밀도는 Si < W < Ti이고 이 차이가 증착시간 0.5h까지 유지된 것으로 해석된다. 한편 2h까지의 NCD 성장 속도는 W > Si > Ti 순이었다. W 기판의 경우 0.5h에 이미 입자 간에 합체가 일어나 박막이 형성되고 그 이후 박막의 두께가 증가하고 있어 Si이나 Ti 기판보다 월등히 큰 성장속도를 보이고 있다. 이는 W 기판 위에서 탄소종의 확산이 빨라 단시간 내에 입자 합체가 일어나고 입자 표면에서 탄소종의 반응이 율속단계이기 때문이라고 생각된다. Si 기판 위에서는 탄소종 확산 과정이 느려 전체 성장속도를 좌우하고 입자 성장속도는 W 기판보다 느린 것으로 해석된다. Ti 기판 위에서는 표면 형상이 침상으로 되어 있어 초기에 많은 핵이 생성됨에도 불구하고 핵들 간에 합체가 잘 일어나지 않는 것으로 보인다. 즉 한 바늘 위에 형성된 NCD 입자에서 옆 바늘 위 입자로 탄소종이 확산되기 위해서는 낭떠러지 같은 계곡을 거쳐 가야 되므로 확산속도가 느려질 수밖에 없다. 증착시간이 경과함에 따라 플라즈마에서 공급되는 탄소종이 입자 표면에 붙어 입자가 커지면서 옆의 입자와 합체가 일어나 Ti/NCD 계면에 많은 공극이 형성되었다. 이러한 Ti/NCD 계면에 힘이 가해질 때 실접촉면적이 작아 견딜 수 있는 마찰력이 작게 되므로 낮은 하중에 계면에서 박리가 일어나 접착력 값이 작은 것으로 나오게 된다.
목차
Ⅰ. 서론 1Ⅱ. 이론적 배경 31. 나노결정질 다이아몬드 32. 다이아몬드 합성법 73. 기판 표면 전처리 104. 금속 중간층 12Ⅲ. 실험방법 151. 기판의 전처리 172. 금속 중간층 증착 183. 나노결정질 다이아몬드 박막 증착 211) 실험 장치 212) 증착 공정 234. 다이아몬드 박막 특성 분석 251) FE-SEM 252) FIB 253) STEM 254) AFM 255) Contact Angle Meter 26Ⅳ. 실험결과 및 고찰 271. 중간층 박막 특성 비교 271) Si 기판에서 전처리 전/후 표면 특성 272) W 기판에서 전처리 전/후 표면 특성 323) Ti 기판에서 전처리 전/후 표면 특성 372. 접촉각과 입자 생성의 관계 421) Si 기판에서 접촉각 442) W 기판에서 접촉각 453) Ti 기판에서 접촉각 463. 기판에 따른 나노결정질 다이아몬드 박막의 성장 거동 비교 481) Si 기판에서 나노결정질 다이아몬드 박막의 성장 482) W 기판에서 나노결정질 다이아몬드 박막의 성장 523) Ti 기판에서 나노결정질 다이아몬드 박막의 성장 564. 표면 형상과 입자 성장의 관계 621) Si 기판에서 표면 형상과 NCD 입자 성장 622) W 기판에서 표면 형상과 NCD 입자 성장 643) Ti 기판에서 표면 형상과 NCD 입자 성장 665. 마모 실험 결과와 계면 형상 70Ⅵ. 결론 72참고문헌 74ABSTRACT 76
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