화석연료를 대체할 새로운 청정 에너지원의 요구가 높아지고 있는 현 시점에서 고효율, 무공해, 무소음 등의 장점으로 인해 친환경적 에너지원으로 연료전지의 수요가 증가하고 있다. 연료전지 분리판으로 고밀도 흑연을 종래에 가공하여 제작하였는데, 가공이 어렵고, 비용이 크게 들며, 대량생산이 어렵다는 등의 문제로 스테인리스강을 위주로 한 금속 분리판 개발이 이루어지고 있다. 본 연구에서는, 낮은 가격, 고속 증착, 우수한 가공성, 높은 기계적 강도 및 전기전도도, 화학적 안정성 및 내식성을 충족시키기 위하여 스테인리스 강박(0.1 mm이하)에 보호막으로 CrN을 선택하였다. 저가격화를 위하여 새로운 증착원인 스퍼터-승화형 소스의 가능성을 유도 결합 플라즈마에 Cr 봉을 직류 바이어스 함으로써 시도하였다. 10 mTorr의 Ar 유도 결합 플라즈마를 2.4 MHz, 400 W로 유지하면서 직류 바이어스 전력을 120 W (615 V, 0.19 A) 인가하였을 때 10분 동안의 증발양이 0.35 gr으로 측정이 되어 그 가능성을 확인할 수 있었다. 또한 OES(Optical emission spectrometer)를 이용하여 RPS로 방전시킨 고밀도 ICP를 측정한 결과 842.4 nm, 811.4 nm, 772.3 nm 등의 파장에서 높은 intensity를 갖는 peak을 찾을 수 있었고, 이 peak 들은 Ar 중성의 peak임을 확인할 수 있었다. ICP+DC bias로 Cr rod를 가열하는 공정에서의 plasma를 OES로 측정한 결과 Ar 중성의 peak은 감소하고, 520.5 nm, 425.5 nm, 357.7 nm 등의 파장에서 높은 intensity를 갖는 peak을 찾을 수 있었으며, 이 peak들은 Cr 중성의 peak임을 확인할 수 있었다. OES 측정 data를 토대로 공정 중의 rod type Cr target의 교체 주기를 예측할 수 있고 공정 중 실시간 감시가 가능할 것으로 기대된다.
($Ti_{ 1-x}$$Al_{ x}$)N has been deposited on high speed steel (HSS) substrate using PECVD from the gas mixture of $TiC1_4$, $AlC1_4$, $NH_3$, $H_2$, and Ar. The correlation between the microstructure and the mechanical properties was investigated. ($Ti_{1-x}$$Al_{ x}$)N showed single phase NaCl-structure up to X=0.87, while a mixed phase of NaCl Type (Ti, Al) N and wurtzite structure AlN was observed for 0.87$Ti_{1-x}$ $Al_{x}$ )N became by degrees as increasing X, which made the hardness of the coating higher by Al addition. When the coating was composed of a mixed phase, however, the hardness decreased abruptly due to the effect of soft AlN phase. The wear volume of the coatings could be obtained as the concentration of the coating was varied, and the relation between the wear volume and hardness or the adhesion strength was discussed.
In thin film silicon solar cells, p-i-n structure is adopted instead of p/n junction structure as in wafer-based Si solar cells. PECVD is a most widely used thin film deposition process for a-Si:H or ${\mu}c$-Si:H solar cells. For best performance of thin film silicon solar cell, the dopant profiles at p/i and i/n interfaces need to be as sharp as possible. The sharpness of dopant profiles can easily achieved when using multi-chamber PECVD equipment, in which each layer is deposited in separate chamber. However, in a single-chamber PECVD system, doped and intrinsic layers are deposited in one plasma chamber, which inevitably impedes sharp dopant profiles at the interfaces due to the contamination from previous deposition process. The cross-contamination between layers is a serious drawback of a single-chamber PECVD system in spite of the advantage of lower initial investment cost for the equipment. In order to resolve the cross-contamination problem in single-chamber PECVD systems, flushing method of the chamber with NH3 gas or water vapor after doped layer deposition process has been used. In this study, a new plasma process to solve the cross-contamination problem in a single-chamber PECVD system was suggested. A single-chamber VHF-PECVD system was used for superstrate type p-i-n a-Si:H solar cell manufacturing on Asahi-type U FTO glass. A 80 MHz and 20 watts of pulsed RF power was applied to the parallel plate RF cathode at the frequency of 10 kHz and 80% duty ratio. A mixture gas of Ar, H2 and SiH4 was used for i-layer deposition and the deposition pressure was 0.4 Torr. For p and n layer deposition, B2H6 and PH3 was used as doping gas, respectively. The deposition temperature was $250^{\circ}C$ and the total p-i-n layer thickness was about $3500{\AA}$. In order to remove the deposited B inside of the vacuum chamber during p-layer deposition, a high pulsed RF power of about 80 W was applied right after p-layer deposition without SiH4 gas, which is followed by i-layer and n-layer deposition. Finally, Ag was deposited as top electrode. The best initial solar cell efficiency of 9.5 % for test cell area of 0.2 $cm^2$ could be achieved by applying the in-situ plasma cleaning method. The dependence on RF power and treatment time was investigated along with the SIMS analysis of the p-i interface for boron profiles.
CP 처리의 CBPE 필름의 물리화학적 특성 및 생분해 특성에 대한 영향을 연구하였다. CP 처리는 CBPE 필름의 인장 강도, 신장률, 그리고 광투과도와 같은 물리적 특성에는 영향을 주지 않았으나, air-CP 처리는 CBPE 필름의 유연성, 수분 방벽 특성, 그리고 인쇄적성을 향상시켰다. Air-CP 처리는 저장 중 CBPE 필름 표면의 조도와 O와 N 원소를 포함한 작용기의 양을 증가시켰고, 인쇄적성, 열분해성, 그리고 미생물 분해성을 향상시켰다. 본 연구에서 CP 처리 후 CBPE 필름 표면에서 보여지는 노화 현상을 XPS 결과를 통해 확인할 수 있었다. 본 연구는 CP 처리가 CBPE 필름을 비롯하여 다른 생분해성 식품 포장재의 물리적 특성과 생분해성을 향상시킬 수 있는 기술로서 적용될 수 있다는 가능성을 보여주었다.
폴리이미드 필름과 구리의 접착력을 향상시키기 위하여 이온빔과 실란-이미다졸 커플링제를 사용하여 폴리이미드 표면개질을 실시하였다. 실란-이미다졸 커플링제는 구리와의 배위결합을 형성하는 이미다졸 그룹과 실록산 폴리머를 형성하는 메톡시 실란 그룹을 함유한다. 폴리이미드 필름표면은 아르곤/산소 이온빔으로 일차로 처리하여 친수성을 높인 폴리이미드 필름에 커플링제 수용액에 침지하여 폴리이미드 필름 표면에 커플링제를 그라프트시켜 표면개질을 실시하였다. XPS 스펙트럼 분석결과 아르곤/산소 플라즈마 처리는 폴리이미드 표면에 하이드록시 및 카르보닐 그룹과 같은 산소 기능성기를 형성함을 알 수 있었고 폴리이미드 필름 표면에 실란-이미다졸과의 커플링반응에 의하여 표면이 개질되었음을 확인하였다. 이온빔을 사용하여 그라프트된 폴리이미드 필름과 구리와의 접착력은 처리되지 않은 폴리이미드 필름과의 접착력 보다 높은 접착력을 나타내었다. 또한 커플링제로 그라프트된 폴리이미드 필름의 접착력 보다 아르곤/산소의 양자화 이온을 이용하여 개질한 그라프트된 폴리이미드 필름의 시편이 더 높은 접착력을 나타내었다. 구리-폴리이미드 필름의 계면으로부터 박리된 층은 분석결과 완전히 서로 다른 화학적 조성을 나타내었는데 이것으로부터 박리가 접합면의 커플링제 내에서 일어나는 것보다는 폴리이미드와 커플링제의 사이에서 일어남을 확인하였다.
Wear restance titanium carbonitride (TiCN) films were deposited on the SKH9 tool steels and WC-Co cutting tools by plasma assisted chemical vapor deposition (PACVD) using a gaseous mixture of TiCl4, CH4, N2, H2 and Ar. The effects of the deposition temperature and RF(Radio Frequency) power on the deposition rate, chlorine content and crystallinity of the deposited layer were studied. The experimental results showed that the stable and adherent films could be obtained above the deposition temperature of 47$0^{\circ}C$ and maximum deposition rate was obtained at 485$^{\circ}C$. The deposition rate was much affected by RF power and maximum at 40W. The crystallinity of the deposited layer was improved with increasing the deposition temperature and RF power. The TiCN films deposited by PACVD contained much chlorine. The chlorine content in the TiCN films was affected by deposition conditions and decreased with improving the crystallinity of the deposited layer. The deposited TiCN films deposited at the deposition temperature of 52$0^{\circ}C$ and RF power of 40W had an uniform surface with very fine grains of about 500$\AA$ size. The microhardness of the deposited layer was 2,300Kg/$\textrm{mm}^2$.
Various aging treatments were conducted on AISI 630 martensitic precipitation hardening stainless steel in order to optimize aging condition. Aging treatment was carried out in the vacuum chamber of Ar gas with changing aging temperature from 380℃ to 430℃ and aging time from 2h to 8h at 400℃. After obtaining the optimized aging condition, several nitrocarburizing treatments were done without and with the aging treatment. Nitrocarburizing was performed on the samples with a gas mixture of H2, N2 and CH4 for 15 h at vacuum pressure of 4.0 Torr and discharge voltage of 400V. The corrosion resistance was improved noticeably by combined process of aging and nitrocarburizing treatment, which is attributed to higher chromium and nitrogen content in the passive layer, as confirmed by XPS analysis. The optimized condition is finalized as, 4h aging at 400℃ and then subsequent nitrocarburizing at 400℃ with 25% nitrogen and 4% methane gas for 15h at vacuum pressure of 4.0 Torr and discharge voltage of 400V, resulting in the surface hardness of around 1300 HV0.05 and α'N layer thickness of around 11 ㎛ respectively.
AIN thin films were prepared on amorphous glass and $SiO_2(1{\mu}m)/Si(100)$ substrate by the facing targets sputtering (FTS) apparatus, which can provide high density plasma, a high deposition rate at a low working gas pressure. The AIN thin films were deposited at a different nitrogen gas flow rate ($1.0{\sim}0.3$) and other sputtering parameters were fixed such as sputtering power of 200w, working pressures of 1mTorr and AIN thin film thickness of 800 nm, respectively. The thickness and crystallographic characteristics of AIN thin films as a function of $N_2$ gas flow rate $[N_2/(N_2+Ar)]$ were measured by $\alpha$-step and an X-ray diffraction (XRD) instrument. And the c-axis preferred orientations were evaluated by rocking curve. In the results, we could prepared the AIN thin film with c-axis preferred orientation of about $5^{\circ}$ on substrate temperature R.T. at nitrogen gas flow rate 0.7.
감광성 BCB를 사용한 MCM-D기판에 신뢰성있는 비아형성을 위하여 BCB의 공정 특성과 C2F6를 사용한 플라즈마 cleaning 영향을 분석하였다. 절연막, 금속배선재료로 각각 감광성 BCB, Cu를 사용하여 MCM-D 기판을 제작 분석한 결과 BCB는 soft bake 후 초기 두께의 50%정도 두께 손실이 있었으며 해상도는 15um이었다. BCB층에 비아 형성후 C2F6 가스로 플라즈마 cleaning 하고 AES로 비아표면을 분석한 결과 유기물 C는 검출되지 않은 반면 플라즈마 cleaning을 하지 않은 비아를 분석한 결과 유기물 성분의 C가 많이 검출되었 고 Ar 스퍼터에 의해서도 완전히 제거되지 않았다. 따라서 감광성 BCB를 절연막으로 사용 한 MCM-D 기판 제작공정에서 비아 형성후 C2F6를 이용한 플라즈마 cleaning의 필요성을 확인하였다.
Experiments of RIE of tungsten films using SF$_{6}$ plasma were conducted to investigate the effect of process parameters on etch rate, uniformity, anisotropy, and selectivity. As power increased, the etch rate increased. Maximum etch rate was obtained at 200mtorr As interelectrode spacing increased the etch rate increased for P < 200mtorr while it decreased for P> 200mtorr. Etch rate was maximum at 20 sccm gas flow rate. As substrate temperature increased, the etch rate increased and activation energy was 0.046 eV. In addition, maximum etch rate was acquired at 20% $O_{2}$ addition. The etch rate slightly increased when Ar was added up to 20% while it continuously decreased when N$_{2}$ was added. Uniformity got improved as pressure decreased and was less than 4% for P <100mtorr. Mass spectrometer was utilized to analyze gas composition and S and F peaks were observed from XPS analysis with increasing power. The anisotropy was better for smaller power and spacing, and lower pressure and temperature. It improved when CH$_{4}$ was added and anisotropic etch profile was obtained when about 10% $O_{2}$ was added. The selectjvity was better for smaller power larger pressure and spacing, and lower temperature. Especially. low temperature processing was proposed as a novel method to improve the anisotropy and selectivity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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