• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.386-386
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• 2011

탄소나노튜브는 큰 길이 대 직경 비와 뛰어난 전기적 특성으로 인해 차세대 전계 방출 소자로 주목 받고 있다. 실질적인 전계방출 디스플레이로의 응용을 위한 대면적 제작과 유리 기판 사용을 위해 이용되었던 페이스트(paste)법은 높은 전기장 하에서 장시간 전계방출시 탄소나노튜브 전계방출원과 페이스트(paste)간의 낮은 접착력 때문에 발생하는 탄소나노튜브의 탈루현상(omission)과 유기물질(organic paste)에서 발생하는 탈기체(out-gassing) 문제점이 있었다. 최근 이런 문제점을 개선하기 위해 유기물질(organic paste)를 대체하여 금속바인더(metal binder) 물질을 사용한 결과들이 보고되고 있다. 본 연구에서는 유리기판 위에 제작된 탄소나노튜브 전계방출원의 수명 향상을 위하여 금속바인더와 후속 열처리법의 변화에 따른 전계방출 안정성을 분석하였다. 금속바인더는 접합층/ 접착층(soldering layer/ adhesive layer)으로 구성되어 있으며, 일반적인 소다석회유리(soda-lime glass)에 스퍼터(DC magnetron sputtering system)를 이용하여 증착하였다. 접착층은 유리기판과 접합층의 접착력 향상을 위해 사용되며, 접합층은 기판과 탄소나노튜브 전계방출원을 접합하는 역할과 전계방출 측정시 전극이 되기 때문에 우수한 전기 전도성과 내산화성을 필요로 한다. 본 실험에서는 일반적으로 유리기판과 접착력이 좋다고 알려진 Cr, Ti, Ni, Mo을 접착층으로 사용하였으며, 접합성과 전기전도성, 내산화성이 뛰어난 귀금속 계열의 금속을 접합층으로 사용하였다. 탄소나노튜브를 1,2-디클로로에탄(1,2-dichloroethane, DCE)에 분산시킨 용액을 스프레이방법을 이용하여 증착시켰으며, 후속 열처리 방법을 통하여 접합층과 결합시켰다. 금속바인더와 후속 열처리법의 변화에 따른 접착력과 표면형상(morphology)의 변화를 주사전자현미경(scanning electron microscopy)를 이용하여 분석하였으며, 다이오드 타입에 디씨 바이어스(DC bias)를 사용하여 전계방출특성을 측정하였다[1,2].

• Korean Journal of Materials Research
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• v.6 no.5
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• pp.532-539
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• 1996

동과 동을 저온에서 단시간내에 접합시키는 가능성을 검토하기 위해서 직류 자기 스퍼터링을 이용한 코팅한 주석 및 주석-잡 합금층을 중간층으로 사용하였다. 접합은 대기중 200-35$0^{\circ}C$의 온도에서 수행되었고 접합온도에 도달직후 바로 냉각하였다. 접합 계면에는 액상의 주석과 고상의 동간의 반응에 의해 n-상(Cu6Sn5) 및 $\varepsilon$-상(Cu3Sn)으로 구성된 금속간화함물 층이 형성되었다. 전단강도로 측정된 접합강도는 접합온도에 따라 비례적으로 증가하지만 30$0^{\circ}C$ 이상에서 감소하였다. 접합강도는 2.8-6.2MPa 범위로 나타났으며, 중간층합금 성분에 따른 접합계면에서의 금속간화합물의 생성거동과 관련지어 설명되었다. 실험결과 실용적인 접합법으로서 저온 단시간 접합의 가능성이 확인되었다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2018.06a
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• pp.104.1-104.1
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• 2018

열전소자는 열전현상을 이용한 재료로서 여기서 열전현상이란 열을 전기로 또는 전기를 열로 바꿀 수 있는 에너지 변환 현상을 의미한다. 그 중 Bi-Te계 열전소자는 $200^{\circ}C$이하의 온도에서 열전 효율이 우수하기 때문에 항공, 컴퓨터 등의 열전발전 또는 열전냉각 모듈에 널리 사용된다. 열전 모듈 제작시 Bi-Te 소자는 구리 기판에 접합하여 사용하게 되는데 이 때 솔더의 성분인 Sn과 기판의 Cu는 소자내로 확산하여 금속간 화합물을 형성한다. 이렇게 형성된 금속간 화합물은 접합강도를 저하시키는 원인뿐만 아니라 열전 성능을 저하시키는 원인이 된다. 본 연구에서는 이러한 접합강도와 열전성능의 저하를 막기 위해 BiTe 소자의 표면에 $4{\mu}m$두께의 Ni-P 도금 공정을 추가하여 Ni-P 도금층이 Cu와 Sn의 확산을 막는 방지층 역할을 하게 한다. 그리고 도금한 소자를 $3mm{\times}3mm{\times}3mm$로 커팅하여 구리 기판에 접합하여 열전 모듈을 제작하였다. 제작된 열전모듈의 단면을 EPMA분석한 결과 Ni-P 도금층이 확산방지층으로 잘 작용되었음을 확인하였다. 또한 접합강도 측정결과 도금을 하지 않은 Bi-Te소자에 비해 접합강도가 향상되었음을 확인하였다. 따라서 Ni-P도금을 실시함으로서 금속간 화합물 형성을 억제하고 열전모듈의 성능과 접합강도를 향상시킬 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.310-310
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• 2013

본 연구에서는 Titanium (Ti) source/drain 전극 접합이 차세대 비정질 InGaZnO (IGZO) 기반 박막형 트랜지스터에 미치는 영향을 화학적, 구조적, 전기적 특성 분석을 통하여 관찰하고 Ti/IGZO 접합 특성을 설명할 수 있는 메커니즘을 제시하였다. IGZO 기반 박막형 트랜지스터 소자의 구동 특성은 transmission line method (TLM) 패턴 공정을 이용하여 정량적으로 분석되었다. 비정질 IGZO 기반의 박막형 트랜지스터에서 Ti source/drain 전극 접합에 의한 구동 특성 변화 및 영향을 확인하기 위하여 금속/산화물 계면 반응성이 낮은 silver (Ag) source/drain 전극이 reference로 비교되었으며, 그 결과 Ti source/drain 전극 접합이 적용된 비정질 IGZO 트랜지스터의 경우 Ti 금속과 IGZO 산화물 계면에 형성되는 열역학적으로 안정한 $TiO_x$ 층의 형성에 의해 VT ($-{\Delta}0.52V$) shift 및 saturation mobility ($8.48cm^2$/Vs) 상승됨을 확인하였다. 뿐만 아니라 TLM 패턴을 이용한 IGZO 트랜지스터의 전기적 변수 도출 및 수치적 해석으로부터 $TiO_x$ 계면층 형성이 Ti 금속과 비정질 InGaZnO 계면에서의 effective contact resistivity를 효과적으로 낮출 수 있음을 확인하였다. Ti source/drain 전극 접합에 의해 발생되는 $TiO_x$ 계면층의 화학적, 구조적 특성과 $TiO_x$ 계면층 생성에 의한 소자 특성 변화를 연관시켜 해석함으로써, IGZO 기반 박막형 트랜지스터에서의 Ti source/drain 전극 접합이 비정질 IGZO 기반 박막형 트랜지스터에 미치는 영향을 설명하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.460-460
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• 2010

단결정 수정은 높은 자외선(UV) 투과성, 화학정 내성, 압전성 등의 특성을 가지고 있으며, 이로 인해 UV 나노임프린트 리소그래피의 스탬프, 광학 리소그래피의 마스크, MEMS 능동소자 등의 다양한 분야에 응용되고 있다. 단결정 수정의 응용분야를 넓히기 위해서 수정과 수정을 접합하는 것은 매우 유용하다. 수정과 수정의 접합은 무결정 유리, 금속등의 중간층을 이용한 접합이 소개되었으나, 접합 시 접합 계면의 평평도가 낮아 지거나, 중간 금속층의 내화학성이 낮은 단점이 있다[1,2]. 이를 극복하기 위해 중간층을 사용하지 않고, 습식 화학적 에칭을 통한 수정-수정의 직접 접합 방법이 소개되었다[3]. 이 방법은 UV 투과성과 내화학성이 높은 접합을 형성할 수 있으나 500도씨 이상의 고온의 어닐링이 필요한 단점이 있다. 본 연구에서는 플라즈마를 이용하여 저온(200도씨)에서 수정-수정의 직접 접합을 형성하였다. 플라즈마 처리를 통해 수정-수정 직접 접합의 접합 강도가 향상되는 것을 확인하였다. 플라즈마 시간과 수정의 표면 거칠기가 접합 강도에 미치는 영향을 분석하였다. 이 방법을 이용하여 나노 임프린트 리소그래피용 스탬프를 제작하였으며, 성공적으로 나노임프린트를 수행하였다. 이 방법은 MEMS 능동 소자 제작, UV 나노임프린트 리소그래피 스탬프 등 다층 수정구조 제작에 등에 응용될 것으로 기대된다.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.3 no.3
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• pp.282-291
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• 1993

Joining ${Al}_{2}{O}_{3}$ and STS 304 stainless steel by active metal brazing method with using CuI Owt % Ti and Cu -7 .5wt % Zr insert metal, their interfaces were analyzed and strength of the joint brazed with Cu-7.5wt % Zr insert metal also investigated with shear strength testing method. In brazing with Cu-lOwt% Ti insert metal, the single reaction layer was formed by the reaction with Ti and ${Al}_{2}{O}_{3}$ at the interface between ${Al}_{2}{O}_{3}$ and insert metal, but the double reaction layer was found in brazing with Cu-7.5wt % Zr insert metal because of the difference of their wettability on the surface of ${Al}_{2}{O}_{3}$. Fracture shear strength about 86MPa was obtained from ${Al}_{2}{O}_{3}$/Cu-7.5wt% Zr/STS 304 stainless steel joint and reasonable strength of the joints is attributed to the formation of double reaction layer at the interface.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2009.05a
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• pp.35.2-35.2
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• 2009

최근 본 연구실에서 무연 솔더를 위한 새로운 Cu-Zn 합금 젖음층을 개발하였다. 전해도금을 통하여 Cu-Zn 합금층을 형성한 뒤 그 위에 Sn-4.0wt% Ag-0.5wt% Cu (SAC 405) 솔더를 리플로 솔더링을 통해 솔더접합부를 형성하였으며 계면에서 생성된 금속간 화합물의 형성 및 성장 거동을 연구하였다. SAC/Cu 시스템의 경우, $150^{\circ}C$에서 시효 처리를 실시하는 동안 솔더와 도금된 Cu 계면에서 $Cu_6Sn_5$ 상과 미세한 공공이 형성된 $Cu_3Sn$ 상이 발견되었다. 반면에 SAC/Cu-Zn 시스템에서는 계면에서 $Cu_6Sn_5$ 상만이 형성되었다. 또한 큰 판상형의 $Ag_3Sn$ 상이 SAC/Cu 시스템에 비해 현저하게 억제되었다. SAC/Cu-Zn 계면에서의 금속간 화합물의 성장 속도가 SAC/Cu 계면에서 형성된 금속간 화합물의 성장 속도보다 느리게 나타났다. Cu-Zn 젖음층의 Zn가 솔더와 Cu-Zn 층 사이에서 Cu와 Sn 원자의 상호 확산을 방해하기 때문이다. 본 연구에서는 Cu와 Cu-Zn 층을 이용한 솔더 접합부의 낙하 충격 신뢰성을 연구하였다. 낙하 충격 시험 시편은 두 개의 인쇄 회로 기판을 SAC 405 솔더볼을 이용하여 리플로를 통해 상호연결 하여 제조되었다. 이 때, 각각의 인쇄 회로 기판의 패드에는 Cu 층과 Cu-Zn층을 전해도금을 통하여 각각 $10{\mu}m$두께의 젖음층을 형성하였다. 낙하 시험 시편을 제조한 뒤, 시효 처리에 대한 낙하 저항 신뢰성의 특성을 연구하기 위해 250, 500 시간동안 시효처리를 한 후 각 조건에서 계면에 형성된 금속간 화합물의 성장 거동을 관찰하였으며, 낙하 충격 시험을 실시하였다. 낙하 시험은 daisy chain으로 연결된 시편의 저항이 100 Ohm 이상 측정되었을 때 중단되도록 하였다. Cu-Zn/SAC/Cu-Zn 시편의 경우 초기 리플로를 하였을 때 불량이 발생하는 평균 낙하 수는 350이며, Cu/SAC/Cu 시편의 평균 낙하수는 200 미만으로 나타났다. Cu/SAC/Cu 시편의 경우, 시효처리 시간이 증가함에 따라 평균 낙하수는 큰 폭으로 감소하였지만, Cu-Zn/SAC/Cu-Zn 시편은 불량이 발생하는 평균 낙하수의 감소폭이 보다 완만하게 나타났다. Cu 층에 Zn를 첨가함으로써 솔더와 젖음층 사이에서 형성된 금속간 화합물의 성장 및 미세 공공의 형성이 억제되었고, 솔더 접합부의 과냉을 감소시킴으로써 큰 판상형의 $Ag_3Sn$ 상의 형성을 억제함으로써 Cu-Zn/SAC/Cu-Zn 솔더 접합부에서 Cu/SAC/Cu 솔더 접합부보다 낙하 충격에 대한 저항성 및 신뢰성이 향상되었다. 이는 무연 솔더에 Zn를 첨가하여 낙하 충격 신뢰성을 향상시킨 것과 동일한 효과를 나타냈음을 확인하였다. 본 연구는 한국 과학 기술 재단의 전자패키지 재료 연구 센터(CEPM)와 지식 경제부의 부품 소재 기술 개발 사업의 지원을 받아 수행되었습니다.

• Proceedings of the KWS Conference
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• 2003.05a
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• pp.204-206
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• 2003

Ti/Steel 클래드 판재를 제조하기 위하여 티타늄과 강판을 직접 접합하는 경우 접합 계면에 취성이 강한 금속간화합물 및 TiC 탄화물이 발생하여 계면접합강도를 저하시키는 단점이 있다. 이러한 단점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 티타늄과 강판 사이에 니켈 박판을 삽입한 후 1223-1323K 온도구간에서 접합 실험하였다. 특히, 온도의 변화에 따라 티타늄과 강판의 계면에 발생되는 금속간화합물의 종류 및 반응층의 크기 변화에 따른 기계적 특성을 조사하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2000.02a
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• pp.116-116
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• 2000

질화물 반도체는 LED, LD, Transistor, 그리고 Photodetector 등 광소자 및 전자소자를 실현할 수 있는 소재로써 최근에 각광 받고 있으며, 또한 국·내외적으로 연구가 활발히 진행되고 잇다. 질화물 발광 다이오드 제작에는 소자의 효율과 수명시간의 향상을 위하여 질화물 반도체와 금속과의 접합시 고 품질의 오믹 접합이 필수적이다. 특히 p-형 GaN의 경우에는 높은 정공 농도를 갖는 p-형 GaN를 얻기가 어렵고 GaN의 일함수에 비하여 높은 일함수를 갖는 금속이 없기 때문에 매우 낮은 접합 저항을 가지며 안정성이 매우 우수한 금 접합을 얻기가 어렵다고 알려져 있다. 또한, GaN 계열의 발광 다이오드는 일반적으로 표면 발광 다이오드 형태로 제작되기 때문에 p-형 GaN 층의 오믹 접촉으로 사용되는 금속의 전기적 특성뿐만 아니라 발광 다이오드의 활성층에서 발광되어 나오는 빛에 대한 투과도 또한 우수하여야 발광 다이오드의 효율이 우수해진다. 본 연구에서는 p-형 GaN층의 접합 금속으로 Pt(80nm)과 Ni(5nm)/Au(7nm)를 사용하여 InGaN/GaN 다중양자우물 구조의 발광 다이오드를 제작하여 전기적 특성 및 발광효율을 측정하였다. 그리고, Pt(80nm)과 p-형 GaN와의 접합시 온도 변화에 따른 전기적 특성을 TLM 방법으로 조사하고, 가시광선 영역에서의 빛에 대한 투과도를 UV/VIS spectrometer, X-ray reflectivity, 그리고 Atomic Force Microscopy 등을 이용하여 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Reliability Society Conference
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• 2000.04a
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• pp.97-103
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• 2000

전자 산업의 발달에 따라 전자 패키지에서 소자의 소형화 및 고집적화가 가속화되고 그로 인해 interconnection 부분의 신뢰성 평가의 중요성이 나날이 증가되고 있다. 특히 이러한 interconnection 부분 중 솔더 접합부는 사용중 솔더와 UBM(Under Bump Metallurgy) 층 사이에 금속간화합물이 생성되어 접합 강도가 저하되는 것이 큰 문제로 지적되고 있다. 본 연구에서는 공정 Sn-Ag 솔더 접합부에 대해 열시효 시간에 따라 접합 강도를 측정하고 파괴 기구 및 파괴 경로의 분석을 통해 접합 강도 변화와의 연관성을 도출하고자 하였다. 그 결과 열시효 초기에는 미세 조직의 조대화 및 불균일 조대 성장이 가속화되면서 응력 및 변형 집중으로 인해 솔더 내부에서 연성 파괴가 일어나 급격한 접합 강도의 저하가 발생하였으나 금속간 화합물이 생성, 성장함에 따라 금속간 화합물 내부에서의 취성 파괴가 나타나면서 접합 강도 저하가 포화되는 경향을 보였다.