• Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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• v.16 no.6
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• pp.212-216
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• 2007

Although DLC coatings have good tribological properties, these are dependent on the deposition method, property of contact surface, and test condition. Si-DLC/DLC coatings with various Si content were deposited on Si substrates and tested using a reciprocating friction tester against steel balls. The results revealed that the tribological behavior of Si-DLC/DLC coatings was dependent on the Si content. The formation of transfer film and wear particles on the contact surface was greatly influenced by the Si content in DLC coatings. In particular, silicon oxide transfer film formed by tribochemical reaction contributed to reduce wear and friction.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2017.05a
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• pp.91-91
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• 2017

트라이볼로지란? 상대운동을 하면서 서로 영향을 미치는 두면 및 이와 관련된 문제로 마찰, 마모, 윤활에 대한 것을 말한다. 트라이볼로지는 1960대에 조사 연구되기 시작하면서 학문적으로 많은 정리가 이루어졌고, 현재 현대사회에서 문제가 되고 있는 에너지 및 환경 문제를 해결할 수 있는 핵심 요소로 떠오르고 있다. 특히 4차 산업혁명시대를 맞이하여 많은 부분에서는 인공지능, 클라우딩, 빅 데이터 및 로봇 등을 이야기하고 이에 대한 투자 및 개발을 이야기하고 있지만, 이 4차 산업을 뒷받침할, 강인한 제조업이 없으면 불가능한 혁명이라고 말 할 수 있다. 특히 트라이볼로지는 제조업의 무인 자동화 및 무인 로봇 등 이를 필요로 하는 산업 기기와 같은 전반적인 부품 및 소재의 마모를 감소시켜, 기계 장치의 신뢰성을 증가시킬 수 있다. 마찰은 두 물체 상호간의 열 발생을 억제 시키고, 마모는 물체의 표면 경도가 높으면 높을수록 마모량이 적어진다고 알려져있다. 따라서 트라이볼로지와 관련한 표면 처리의 경우, 고온 환경에서의 사용성 증대 및 고경도화 그리고 저마찰을 위한 방향으로 개발 발전되어져 왔다. 트라이볼로지 코팅 중 내마모 코팅의 경우, 티타늄 원소를 기본으로 알루미늄(Al) 및 실리콘(Si)를 합금화하면서, 고경도화 및 내열성을 증대시키는 방향으로 발전되어 왔다. 그에 따라 표면경도의 경우, 4000 Hv, 내열성 $1200^{\circ}C$에 도달였다. 하지만 여전히 철계와의 마찰계수는 0.3 이상으로 이를 낮추는 방법이 요구되고 있다. 최근 트라이볼로지 코팅 중 카본을 함유한 비정질 다이아몬드상 카본 막 (Diamond like Carbon Film : DLC) 이나, Diamond 막의 수요 증가는 마찰을 낮추어 융착마모를 줄이려는 노력으로 볼 수 있다. 특히 수소를 포함하지 않는 고경도 탄소막인 ta-C(tetrahedral amorphous-Carbon)의 수요는 증대되고 있으며, 이에 대한 후막화 및 양산화 기술의 개발의 현재 isssu로 대두되고 있다.

• Tribology and Lubricants
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• v.35 no.5
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• pp.286-293
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• 2019

In friction and wear tests that use friction force microscopy (FFM), the wear debris transfer to the tip apex that changes tip radius is a crucial issue that influences the friction and wear performances of films and coatings with nanoscale thicknesses. In this study, FFM tests are performed for bilayer $MoS_2$ film to obtain a better understanding of how geometrical and chemical changes of tip apex influence the friction and wear properties of nanoscale molecular layers. The critical load can be estimated from the test results based on the clear distinction of the failure area. Scanning electron microscopy and energy-dispersive spectroscopy are employed to measure and observe the geometrical and chemical changes of the tip apex. Under normal loads lower than 1000 nN, the reuse of tips enhances the friction and wear performance at the tip-sample interface as the contact pair changes with the increase of tip radius. Therefore, the reduction of contact pressure due to the increase of tip radius by the transfer of $MoS_2$ or Mo-dominant wear debris and the change of contact pairs from diamond/$MoS_2$ to partial $MoS_2$ or Mo/$MoS_2$ can explain the critical load increase that results from tip reuse. We suggest that the wear debris transfer to the tip apex should be considered when used tips are repeatedly employed to identify the tribological properties of ultra-thin films using FFM.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 1992.07b
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• pp.949-951
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• 1992

A low pressure DC plasma jet has been used to obtain diamond films from a mixture of $CH_4$ and $H_2$ with high deposition rate (>1$\mu\textrm{m}$/min). The effects of the deposition conditions such as torch geometry, substrate temperature, gas mixing ratio, chamber pressure, axial magnetic field on the diamond film properties such as morphology, purity, uniformity of the film and deposition rate, etc. have been examined with the aid of Scanning Electron Microscopy, X-Ray Diffraction, and Raman Spectroscopy. Both the growth rate and particle size increased rapidly for low methane concentrations but saturated and the morphology changed from octahedral to cubic structure when the concentration exceeded 1.0 %. Higher growth rates (>1.5${\mu}m$/min) can be obtained by applying an axial magnetic field to the DC plasma jet. Diamond obtained from the magnetized plasma jet also shows a sharp peak at 1332.5$cm^{-1}$ in the Raman Spectra and this result implies that higher growth rate with a good quality diamond films can he obtained by applying an external magnetic field to the plasma jet.

• Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics A
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• v.33A no.11
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• pp.97-104
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• 1996

Because of the novel characteristics such as chemical stability, hardness, electrical resistivity and thermal conductance, diamond-like carbon (DLC) film is a suitable materials for the passivation layers. For this purpose, DLC films are synthesized under various conditions and are characterized. Adhesive stregth is excellent and increased with the increase of the hydrogen gas flow rate. The resistivity of approximately 5.3X10$^{8}{\Omega}{\cdot}cm$ is measured by automatic spreading resistance probe analysis method. The thermal conductivity of DLC films is superior to that of PSG oxide and improved by increasing the hydrogen gas flow rate. The patterning techniques of the DLC films is developed using the lift-off and RIE methods to form 5${\mu}$m line. Finally, power transistor with the DLC film as passivation layer is fabricated and analyzed. The test result shows the improsved long-term stability and higher breakdown voltage.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.131-131
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• 1999

비정질 카본 박막은 다이아몬드와 유사한 높은 경도, 내마모성, 윤활성, 전기절연성, 화학적 안정성, 그리고 광학적 특성을 가진 재료로서 플라즈마 CVD를 이용한 합성방법으로 제조된 박막이 주로 연구되고 있다. 본 연구에서는 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 다양한 조건의 카본 박막을 제조하였다. 카본 박막의 제조는 이온빔이 장착된 고진공 증착 장치를 이용하였고 시편의 청정시 사용된 이온빔의 조건은 빔 전압이 500V, 빔 전류는 0.1mA/cm2로 기판 청정을 거친 후 DC 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 흑연을 증발시켜 박막을 제조하였다. 기판과 타겟의 거리는 13cm로 고정시킨 후 타겟 전류는 1A로 유지하면서 30분간 증착하였다. 기판은 Si-wafer와 glass를 주로 사용하였으며 기판 인가전압, 아세틸렌 유량, 기판 온도등을 변화시켜가면서 각각 카본 박막을 제조하였다. 비정질 카본박막의 막은 평균 두께는 0.4~1.2$\mu\textrm{m}$이며 SEM을 이용하여 단면의 성장구조를 관찰하였다. 라만 분광분석과 FTIR 분광분석을 통하여 비정질 카본 박막의 결합특성을 조사하였고 scratch tester를 이용하여 박막의 밀찰력을 관찰하였다. 제조된 박막의 두께는 아세틸렌 가스 이용시 1$\mu\textrm{m}$ 이상의 박막의 제조가 가능하였으며 카본 박막의 라만 분광특성은 고체 탄소 물질의 S와 G-peak으로 구성되어 있으며 기판 인가전압, 아세틸렌 가스 유량 변화에 따른 peak의 위치 이동 및 FWHM의 변화를 관찰하였다. RFIR 결과는 아세틸렌 가스의 유량이 증가에 따라 C-H 결합 분포가 증가며 기판 인가 전압이 증가할수록 C-H 결합분포가 감소하는 경향이 나타냈다. 이는 이온 충돌 효과에 따라 결합력이 약한 C-H 결합이 우선적으로 파괴되는 현상으로 생각되어 진다. Scartch tester 측정 결과 박막의 밀착력은 실험조건에 따른 경샹성은 보이고 있지 않으나 10N 정도이며 60N 이상의 강한 밀착력을 가진 박막도 제조되었다.

• Tribology and Lubricants
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• v.25 no.1
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• pp.20-24
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• 2009

TiC-derived carbon coatings have been synthesized at $600^{\circ}C$ temperature treatment with $H_2/Cl_2$ mixture gases. From Raman spectroscopy measurements, the modified layer was covered with carbon and the thick-ness of the layer was increased with increasing reaction time. And $I_D/I_G$ ratio was decreased with increasing reaction time. The superior tribological property was obtained from TiC reacted with $Cl_2$ gas for 2 hrs. And the tribological property measurements indicate that TiC-derived carbon layer has $0.9{\times}10_{-6}mm^3/Nm$ in wear coefficient and 0.13 in friction coefficient.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.184-184
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• 2010

반도체 집적도의 비약적인 발전으로 각 박막 층간의 두께는 더욱 줄어들었고 이는 각 박막 층간의 확산에 대한 문제를 간과할 수 없게 하였다. 따라서 각 층간의 확산을 방지하기 위하여 두께가 수십 nm size의 확산방지막의 연구에 대한 관심도는 증가하게 되었다. 본 연구에서 분석을 위하여 사용된 Nano-indentation은 박막 표면에 다이아몬드 팁을 이용하여 압입을 실시하여 이때 시표의 반응에 의한 팁의 위치(Z-축)를 in-situ로 측정하여 인가력과 팁의 위치에 대한 연속 압입곡선을 측정하게 된다. 이를 통하여 박막의 hardness와 elastic modulus를 측정하게 되고, 연속 압입곡선 분석을 통하여 박막의 표면응력 변화를 측정한다. 이 논문에서는 반도체의 기판으로 사용되는 Si기판과 금속배선 물질인 Cu와의 확산을 효과적으로 방지하기 위한 W-C-N 확산 방지막을 제시하였고, 시료 증착을 위하여 RF-magnetron sputter를 사용하여 동일한 증착조건에서 질소(N)의 비율을 다르게 하여 박막 내 질소비율에 따른 확산방지막을 제작하였다. 이후 시료의 열적 안정성 측정을 위하여 상온, $600^{\circ}C$, $800^{\circ}C$로 각각 질소 분위기에서 30분간 열처리 과정을 실시하여 열적 손상을 인가하였다. 고온에서 확산방지막의 물리적 특성을 알아보기 위해 Nano-indentation을 이용하여 분석하였고, WET-SPM을 이용하여 표면 이미지와 거칠기를 확인하였다. 그 결과 질화물질이 내화물질에 비해 고온에서 물성변화가 적게 나타나는 것을 알 수 있었고, 균일도와 결정성 또한 질화물질에서 더 안정적이었다.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.40 no.7
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• pp.657-661
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• 2003

The elastic moduli or fracture strengths of multi-layered film (SiO$_2$/po1y-Si/SiN/SiO$_2$, 2.77 $\mu\textrm{m}$ thick), CVD diamond film (1.6 $\mu\textrm{m}$ thick), SiO$_2$ film (1.0 $\mu\textrm{m}$ thick) and SiN film (0.43 $\mu\textrm{m}$ thick) made for the membrane of ink-jet printer head were measured with cantilever beam bending method using nanoindenter after fabricating in the form of micro cantilever beam (${\mu}$-CLB). And the elastic moduli of ${\mu}$-CLB of SiO$_2$ film and SiN film were compared with the value of each film on silicon substrate determined with nanoindentation method. The results showed that the modulus and strength of multi-layered film decrease from 68.08 ㎬ and 2.495 ㎬ to 56.53 ㎬ and 1.834 ㎬, respectively as the width of CLB increases from 18.5 $\mu\textrm{m}$ to 58.5 $\mu\textrm{m}$. And the elastic moduli of SiO$_2$ and SiN films measured with ${\mu}$-CLB bending method are 68.16 ㎬ and 215.45 ㎬, respectively and the elastic moduli of these films on silicon substrate measured with nanoindentation method are 98.78 ㎬ and 219.38 ㎬, respectively. These results show that with ${\mu}$-CLB bending technique, moduli can be measured to within 2%.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2002.05a
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• pp.12-12
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• 2002

hexagonal Boron Nitride (hBN), rhombohedral Boron Nitride (rBN)과 고밀도의 wurzitic Boron N Nitride (wBN), cubic Boron Nitride (cBN) 등의 다양한 상을 갖는 Boron nitride는 그 결정구조에 따라 저밀도, 고밀도 박막으로 분류되며 이중 hBN과 rBN은 층간 결합이 약한 $sp^2$ 결합특성을 가지고, wBN 과 cBN은 강한 $sp^3$ 결합특성을 가지고 있다. 현재까지 $sp^3$결합을 갖는 BN의 우수한 특성을 응용하기 위한 수 많은 연구들이 있어왔다. 특히 cBN은 다이아몬드에 버금가는 높은 경도뿐만 아니라 높은 화 학적 안정성 및 열전도성 등 우수한 물리화학적 특성을 가지고 있어 마찰.마모, 전자, 광학 등의 여러 분야에서의 산업적 응용이 크게 기대되고 있다. 그러나 이와 같이 BN박막의 기계적 물성과 관련한 연 구는 많이 진행되어 왔으나 전기.전자적, 광학적 특성에 관한 연구는 미비한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 BN박막의 또 다른 웅용 분야를 탐색하고자 ME - ARE (Magnetically Enhanced A Activated Reactive Evaporation)법 에 의 해 합성 된 BN박막의 광학적 특성 에 관하여 조사하였다. BN박 막합성 은 전자총에 의 해 증발된 보론과 질소.아르곤 플라즈마의 활성 화반응증착(Activated Reactive E Evaporation)에 의해 이루어졌다. 기존의 ARE장치와 달리 열음극(hot cathode)과 양극(anode)사이에 평 행자기장을 부가하여 플라즈마의 증대시켜 반웅효율을 높였다. 합성실험용 모재로는 기본적인 특성 분 석을 위해 p-type으로 도핑된 (100) Si웨이퍼를 $30{\times}40mm$크기로 절단 후, 10%로 희석된 완충불산용액 에 10분간 침적하여 표면의 산화층을 제거한 후 사용하였으며, 광학특성 분석을 위해 $30{\times}30mm$의 glass를 아세톤으로 탈지.세척한 후 사용하였다. 박막합성실험에서 BN의 광학적 특성에 미치는 공정변수의 영향을 파악하기 위하여, 기판바이어스 전압, discharge 전류, $Ar/N_2$가스 유량비 등을 달리하여 증착하였다. 증착된 박막은 FTIR 분석을 통하 여 결정성을 확인하였으며, AFM 분석을 통하여 코팅층의 두께를 측정하였고, UV - VIS spectormeter를 이용하여 투광특성을 평가하였다.