• Proceedings of the Korean Information Science Society Conference
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• 2012.06c
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• pp.69-71
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• 2012

핵융합 실증로는 미래 에너지원 개발을 위한 대형 프로젝트로 한국형 핵융합 실증로 건설 및 핵융합 에너지 상용화 기술을 개발하는데 목표로 한다. 이를 위해 원자 및 분자 충돌을 통한 데이터는 물리적으로 화학적으로 기본을 이루고 있으며 우리가 주로 접하는 데이터들이다. 특히, 플라즈마 내에서 일어나는 입자(전자, 원자, 이온 분자) 등의 충돌에 따른 데이터를 물성데이터라 하며 이는 핵융합, 반도체 제작, 디스플레이 장치 등의 다양한 분야에 응용된다. 본 논문은 원자 및 분자에 대한 데이터를 수집 및 정제하고 이를 저장하고 관리하는 기술 정보시스템 개발을 위한 원자 및 분자 데이터베이스 구축을 위한 방법을 연구한다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2003.05a
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• pp.56-56
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• 2003

플라즈마 식각에서 물리적 손상과 전기적 손상은 차세대 Nanoscale 소자와 Deep - Submicron 반도체공정에서 해결되어야 할 가장 큰 문제 중 하나이다. 이 중 전기적인 손상을 줄이기 위한 몇 가지 무손상 공정이 제시되고 있으며, 그러한 기술 중의 하나가 이온빔의 Low Angle Forward Reflection을 이용한 식각방법이다. Low Angle Forward Reflection방법은 이온소오스로부터 발생시킨 이온을 Low Angle 에서 Reflection-시켜 이온빔을 중성화되도록 하는 방법으로, 이전 연구를 통해 Reflection시 입사각이 5도일 경우 대부분의 이온들이 중성화되는 결과를 얻었다. 또한, 실험에 사용된 $SF_6,{\;}NF_3,{\;}CF_4$와 같은 모든 가스종에서 유사한 값의 중성화 정도를 관찰할 수 있었으며, 이러한 가스를 이용하여 $Si0_2$ 식각시 Vertical한 Profile 결과를 얻었다. 본 연구에서는 기존 Grid 장치에서 이온소오스 부분에 Low Angle Forward Reflected Neutral Beam을 위한 판형 Reflector를 부착하였으며, 이에 따라 중성빔의 Flux가 크게 향상되며 Beam의 직진성을 향상시킬 수 있었다. 또한, F계열 가스를 이용한 실험을 통해 $Si0_2$ 식각율과 식각특성 면에서 향상된 실험결과를 얻을 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.82.1-82.1
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• 2010

수소화된 비정질 실리콘 박막을 이용한 반도체는 현재 태양전지, 트랜지스터, 매트릭스 배열 및 이미지 센서 등의 분야에서 이용되고 있다. 자세히 이야기 하면, 여러 가지의 광전효과 물질에 대한 특성이 있으며, 가시광선영역에 대하여 > $10^5cm^{-1}$이상의 매우 높은 광흡수계수와 낮은 온도를 갖는 증착공정 등이 있다. 박막의 밴드갭은 약 1.6~1.8eV로서 태양전지의 흡수층과 passivation층으로 적절하다. 여러 가지 종류의 태양전지 중 비정질 실리콘 박막/결정질 실리콘 기판의 구조로 이루어진 이종접합 태양전지는 저온에서 공정이 가능한 대표적인 것으로서 HIT(Heterojunction with Intrinsic Thin layer)구조로 산요사에 의해 제안된 것이다. 이것은 결정질 실리콘 기판과 도핑된 비정질 실리콘 박막사이에 얇은 진성층 비정질실리콘 박막을 삽입함으로서, 캐리어 전송을 좋게하여 실리콘 기판 표면의 passivation효과를 증대시키는 결과를 가지고 온다. 실험실 규모에서는 약 20%이상의 효율을 보이고 있으며, 모듈에서는 19.5%의 높은 효율을 보이고 있어 실리콘 기판을 이용한 고효율 태양전지로서 각광을 받고 있다. 이러한 이종접합 태양전지의 대부분은 단결정 실리콘을 사용하고 있는데, 점차적으로 다결정 실리콘 기판으로 추세가 바뀌고 있어, 여기에 맞는 표면 passivation 공정 및 분석이 필요하다. 본 발표에서는 다결정 실리콘 기판위에 진성층 비정질 실리콘 박막을 유도결합 플라즈마 화학기상 증착법(ICP-CVD)을 이용하여 제조하여 passivation 효과를 분석한다. 일반적으로 ICP는 CCP(coupled charged plasma)에 비해 약 100배 이상 높은 플라즈마 밀도를 가지고 있으며, 이온 충돌같은 표면으로 작용하는 것들이 기존 방식에 비해서 작다라는 장점이 있다. 먼저, 유리기판을 사용하여 ICP-CVD 챔버내에 이송 한 후 플라즈마 파워, 온도 및 가스비(SiH4/H2)에 따른 진성층 비정질 실리콘 박막을 증착 한 후, 밴드갭, 전도도 및 결합구조 등에 대한 결과를 분석한 후, 최적의 값을 가지고 250um의 두께를 갖는 다결정 실리콘을 기판위에 증착을 한다. 두께(1~20nm)에 따라 표면의 passivation이 되는 정도를 QSSPCD(Quasi steady state Photoconductive Decay)법에 의하여 소수캐리어의 이동거리, 재결합율 및 수명 등에 대한 측정 및 분석을 통하여 다결정 실리콘 기판의 passivation effect를 확인한다. 제시된 데이터를 바탕으로 향후 다결정 HIT셀 제조를 통해 태양전지 효율에 대한 특성을 비교하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.321-323
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• 2012

유기 발광 다이오우드는(OLEDs) 자체 발광 소자로써 높은 시야각, 높은 효율, 그리고 빠른 응답속도 등의 장점을 가지고 있어 차세대 디스플레이 및 조명 소자로서 많은 연구가 진행되고 있다. 특히 유기 발광 다이오우드는 차세대 반도체 조명 소자로서 조명의 패러다임을 바꿀 수 있는 기술로 인식되고 있다. 하지만, 유기 발광 다이오우드 조명의 상용화를 위해서는 가격 경쟁력을 갖추는 것이 시급하며, 이를 위해 저가 공정 개발이 필요하다. 본 연구에서는 유기발광 다이오우드 조명 제작에 필수적인 전면 전극 및 절연막 증착 공정을 기존의 노광 공정이 아닌 shadow mask 기술을 적용하여 형성하였다. 먼저 유리 기판 상에 150 nm 두께의 ITO 막을 shadow mask를 이용하여 증착하였다. 기존 공정에서는 노광 및 식각 공정을 이용하여 증착하는 것이 일반적이며, 광학적, 전기적 특성 또한 타 공정 방법에 비해 우수하다. 하지만 일련의 복잡한 공정으로 인해 제조 원가를 상승 시키는 단점이 있다. Fig. 1은 shadow mask를 이용하여 ITO를 증착을 수행한 공정의 모식도이다. ITO 박막 증착 후 표면 거칠기 제어 및 면저항 제어를 위해 O2 plasma 처리와 RTA 공정을 추가 수행하였다. Fig. 2(a)는 플라즈마 처리 및 열처리 공정 수행 후에 측정한 표면 AFM 사진이다. 열처리 및 플라즈마 처리 후에 ITO 박막의 표면 거칠기는 10배 이상 향상되었으며, 이는 유기 발광 다이오우드 조명 소자의 전면 투명 전극으로 사용되기에 적합한 값이다. 또한 전기적 특성 중 하나인 면저항 값은 열처리 및 플라즈마 처리 전/후의 값에서 많은 차이를 보인다. 표면 거칠기가 향상됨에 따라 면저항 값 역시 향상되는 결과를 보여주는데, 표면 처리전후의 면저항 값은 각각 28.17, 13.18 ${\Omega}/{\Box}$이다. 일반적으로 유기 발광 다이오우드의 전면 투명 전극으로 사용되기 위해서는 15 ${\Omega}/{\Box}$이하의 면저항 값이 필요한데, 표면 처리 후의 면저항값들은 이로한 조건을 만족한다. Fig. 3은 shadow mask 기술을 이용하여 절연막까지 형성한 유기 발광 다이오우드 소자의 전자 현미경 사진으로, 기존의 공정을 이용한 경우와 큰 차이는 없으며, 다만 shadow tail이 약 $30{\mu}m$ 정도 발생함을 확인할 수 있다. 절연막의 특성 평가 기준인 누설 전류 밀도는 $10-5A/cm^2$으로 기존의 공정을 이용한 경우에 비해 95% 수준으로서 shadow mask를 이용한 공정이 기존의 노광 및 식각 공정을 이용한 경우에 비해 공정 수는 9개가 단축됨에도 불구하고, 각 증착 박막의 특성에는 큰 차이가 없음을 알 수 있다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2003.05a
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• pp.14-14
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• 2003

Silicon carbide (SiC)는 높은 power 영역과 높은 온도영역에서도 작동 가능한 우수한 반도체 물질이다. 또한 우수한 열적 화학적, 안정성을 가지고 있어 가흑한 조건에서의 소자로써도 사용 가능하다. 현재 SiC 적용분야로는 우수한 전기적, 기계적 성질을 이용한 미세소자(MEMS)와 GaN 와 거의 유사한 격자상수를 가지는 것을 이용한 GaN epitaxial 성장의 기판으로도 사용되어진다. 그러나 SiC 는 기존의 습식식각 용매에 대해 화학적 안정성을 가지고 있기 때문에 전자소자의 제작에 있어서 플라즈마를 이용한 건식식각의 중요성이 대두되어지고 있다. 소자제작에 있어 이러한 건식식각시 식각 단면의 제어, 이온에 의한 낮은 손상 정도, 매끄러운 식각 표면, 그리고 고속의 식각 속도둥이 요구되어진다. 본 실험에서는 식각 속도의 증가와 수직한 식각 단면둥을 획득하기 위하여 SF6 플라즈마에서 Source power, dc bias voltage, 그리고 외부에서 인가되는 자속의 세기를 변화시쳐가며 식각 속도, 식각 마스크와의 식각 션택비, 식각 단면둥과 같은 SiC 의 식각 특성을 관찰하였다. 식각 후 식각 단면은 주사전자 현미경(SEM)을 통해 관찰하였다. 본 실험에서의 가장 높은 식각 속도는 분당 1850n 로써 이때의 공정조건은 1400W 의 inductive power, -600V 의 dc bias voltage, 20G 의 외부자속 세기이었다. 또한, 높은 inductive power 조건과 낮은 dc bias voltage 조건에서 Cu는 $SF_6$ 플라즈마 내에서 식각부산물의 증착으로 인해 SiC 와 무한대의 식각선택비를 보였다. 이러한 Cu 마스크를 사용한 SiC 의 식각에서는 식각 후 수직한 식각 단변을 관찰할 수 있었다. 것올 알 수 있다. 따라서, 기존의 pve 보다 세라믹 기판의 경우가 수분 흡수율이 높아 더 오랫동안 전류를 흐르게 하여 방식성이 개선된 것으로 판단된다.을 통해 경도가 증가한 시편의 경우 석출상의 크기가 5nm 이하로 매우 작고 대체로 기지와 연속적인 계면을 형성하나, 열처리가 진행될수록 석 출상의 크기가 커지고 임계크기 이상에 이르면 연속적인 계면은 거의 발견되지 않고, 대부 분 불연속적이고 확연한 계면을 형성함을 관찰 할 수 있었다. 알루미나(${\alpha}-Al_2O_3$) 기판 위에 증착한 $(Ti_{1-x}AI_{x})N$ 피막은 마찬가지로 (200) 우선 방위를 나타내었으나, 그 입자의 크기가 수십 nm로 고속도강위에 증착한 피막에 비해 상당히 크게 형성되었다. 또한 열처리 후에 AIN의 석출이 진행됨에도 불구하고 경도 증가는 나타나지 않고, 열처리가 진행됨에 따라 경도가 감소하는 양상만을 나타내었다. 결국 $(Ti_{1-x}AI_{x})N$ 피막이 열처리 전후에 보아는 기계적 특성의 변화 양상은 열역학적으로 안정한 Wurzite-AlN의 석출에 따른 것으로 AlN 석출상의 크기에 의존하며, 또한 이러한 영향은 $(Ti_{1-x}AI_{x})N$ 피막에 존재하는 AI의 함량이 높고, 초기에 증착된 막의 업자 크기가 작을 수록 클 것으로 여겨진다. 그리고 환경의 의미의 차이에 따라 경관의 미학적 평가가 달라진 것으로 나타났다.corner$적 의도에 의한 경관구성의 일면을 확인할수 있지만 엄밀히 생각하여 보면 이러한 예의 경우도 최락의 총체적인 외형은 마찬가지로 $\ulcorner$순응$\lrcorner$의 범위를 벗어나지 않는다. 그렇기 때문에

• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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• v.34 no.10
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• pp.702-708
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• 2012

Tetrafluoromethane ($CF_4$) has been used as etching and Chemical Vapor Deposition (CVD) gases for semiconductor manufacturing processes. These gases need to be removed efficiently because of their strong absorption of infrared radiation and long atmospheric lifetimes which cause the global warming effect. Also, the wastewater including the fluorine is caused by of the ground water pollution. Long-term consumption of water containing excessive fluoride can lead to fluorosis of the teeth and bones. The wastewater including the fluorine among the by-product which is generated by using the waterjet plasma after destroying $CF_4$ by HF is generated. The system which can remove the hydrogen fluoride among the wastewater by using the electrocoagulation using this wastewater the aluminum electrode was developed. The operating condition such as initial pH, electrocoagulation time, wastewater flow rate, current density were investigated experimentally using a electrocoagulation. Through the parametric studies, the highest hydrogen fluoride destruction of 85% was achieved at 3.5 initial pH, 10 min electrocoagulation time, 10 mL/min wastewater flow rate and $159A/m^2$ current density.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.338-338
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• 2012

사파이어 ($Al_2O_3$)는 높은 밴드갭 에너지 (~19.5 eV)를 가진 물질로서 우수한 내마모성, 강도, 전기 절연성 및 안정한 화학적 특성을 갖고 발광다이오드 기판, 보석재료 등 각종 산업 및 기술적 분야에서 널리 사용되고 있다. 특히, 플립칩 발광다이오드 구조의 경우 광추출효율을 향상시키기 위해 높은 투과도를 갖는 사파이어 기판이 요구되어 왔으며, 지금까지 건식/습식식각방법을 이용한 사파이어 표면에 마이크로 크기의 심한 거칠기 또는 요철이 형성된 나노크기의 격자구조를 형성시키는 연구가 진행되어 오고 있다. 그 중, 나노 크기의 격자구조는 공기에서 반도체 기판까지 선형적인 유효굴절률 분포를 갖기 때문에 표면에서 생기는 Fresnel 반사 손실을 줄일 수 있다. 이러한 구조를 형성하기 위해서는 식각 마스크가 필요한데, 형성 방법으로 레이저 간섭 리소그래피, 전자빔 리소그래피, 나노임프린트 리소그래피 등이 있으나, 비싼 가격과 복잡한 공정 절차 등의 단점을 지니고 있다. 따라서 본 연구에서는 식각 마스크 패턴을 위해, 보다 저렴하고 간단한 실리카 나노구 및 열적응집 금 나노 입자를 이용하였다. 양면 폴리싱 c-plane 사파이어 기판을 사용하였고, 단일 층의 주기적인 실리카 나노구를 기판 표면에 스핀코팅에 의해 도포한 후 유도결합플라즈마 식각 장비를 이용하여 식각하여 주기적인 패턴을 갖는 렌즈모양의 격자구조를 형성하였다. 그리고 주기적으로 형성된 격자 위에 열 증착기를 이용하여 금 박막을 증착한 후 급속열적어닐닝(rapid thermal annealing)을 이용하여 열처리함으로써 비주기적인 금 나노입자를 형성시켰다. 형성된 금 나노패턴을 이용하여 동일한 조건으로 식각함으로써 광대역 및 전방향성 높은 투과도를 갖는 원뿔 모양의 사파이어 나노구조를 제작하였다. 제작된 샘플의 패턴 및 식각 형상은 전자현미경을 사용하여 관찰하였으며, UV-vis-NIR 분광광도계 (spectrophotometer)를 사용하여 투과율을 측정하였다. 렌즈 모양 표면 위에 원뿔모양의 나노구조를 갖는 사파이어 기판은 일반적인 사파이어 기판보다 향상된 투과율 특성을 보였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2009.06a
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• pp.446-446
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• 2009

표면 패시베이션 기술로 이용되는 수소화된 실리콘 질화막은 제조원가의 절감을 위한 실리콘 기판재료의 두께 감소에 따른 특성상의 문제점을 해결하기 위해 중요한 영향을 미치는 요소이다. 실리콘 질화막은 강한 기계적 강도, 우수한 유전적 특성, 수문에 의한 부식과 유동적 이온에 대한 우수한 저항력 때문에, 반도체 소자 산업에서 널리 사용되고 있다. 수소화된 실리콘 질화막은 반사방지 특성과 함께 표면 패시베이션의 질을 향상시킬 수 있다. 굴절률 1.9 ~ 2.3 범위에서 쉽게 변화 가능한 수소화된 실리콘 질화막은 굴절률 1.4 ~ 1.5 사이의 열적 산화막 보다 효과적인 반사방지막이다. 수소화된 실리콘 질화막을 사용한 태양전지에서는 효율을 높이기 위해서 기판 표면에서의 케리어 재결합이 억제되어져야한다. 또한, 수소화된 실리콘 질화막은 최적화된 두께와 굴절률을 가져야한다. 본 연구에서는 고효율 태양전지에 적용하기 위해 반송자 수명이 향상된 수소화된 실리콘 질화막을 플라즈마 화학 기상 증착법을 이용하여 증착하였다. 박막은 $250^{\circ}C\;{\sim}\;450^{\circ}C$에서 증착되었으며 증착된 박막은 1.94 to 2.05 굴절률 값을 가지고 있다. 반송자 수명을 증가시키기 위해 $650^{\circ}C\;{\sim}\;950^{\circ}C$에서 어닐링 하였고 반송자 수명을 측정하여 패시베이션 특성을 분석하였다. 수소화된 실리콘 질화막은 $850^{\circ}C$의 어닐링 온도와 굴절률 2.0 조건에서 가장 좋은 반송자 수명을 나타냈다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2011.10a
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• pp.42.1-42.1
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• 2011

박막형 디스플레이구서에 있어서 투명전극은 필수적이다. 투명전극은 정보를 표시하기 위해 빛을 외부로 방출시키거나 태양광 등을 소자 내부로 입사시켜야 한다. 또한 전극을 형성하는 박막은 높은 광투과율과 ${\sim}10-4{\Omega}cm$ 정도의 낮은 전기비저항을 가져야 한다. 가장 널리 사용되는 투명전극으로 ITO (Indium Tin Oxide)는 인듐의 독성, 저온증착의 어려움, 스퍼터링시 음이온 충격에 의한 막 손상으로 저항의 증가 및 액정디스플레이의 투명전극으로 사용될 경우 $400^{\circ}C$정도의 높은 온도와 수소플라즈마 분위기에서 장시간 노출시 열화로 인한 광학적 특성변화가 문제로 지적된다. 이러한 문제 해결의 대안으로 ZnO 산화물 반도체가 있는데 ITO 박막에 비해 비저항이 높기 때문에 도핑을 이용한 비저항을 ${\sim}10-4{\Omega}cm$ 정도로 낮추어야 한다. 투명전도막으로는 ITO, FTO 등과 더블어 체적 저항율은 다소 높으나 환원성 분위기에 대한 내성, 가시광 영역에서의 높은 광투과율과 저렴한 가격 등의 장점 등으로 AZO 박막이 주목 받고 있다. ZnO는 ITO 나 FTO에 비해서 700 kJ/mol의 큰 분해에너지를 가지므로 코팅 때 발생하는 전도도 및 투과율이 나빠지는 현상이 발생하지 않는 특징이 있으며, 위의 두 재료에 비해 밴드갭도 가장 낮아서 자외선 투과율이 낮다. 그러나 내습성이 약하기 때문에 이를 보완하기 위하여 내습성향상과 전도성 향상을 위해서 3족 원소인 B, In, Al, Ga 등을 도핑한 ZnO 투명전도막의 연구가 진행되고 있다. 이러한 원소들 중에서 Al로 도핑했을 때 가장 낮은 비저항을 얻을 수 있다고 알려져 있다. 본 연구에서는 SiOC 박막위에 AZO 박막을 제조하기 위하여 RF 마그네트론 스퍼터링법을 이용하여 박막을 성장시켰으며, 박막의 전기적 및 광학적 특성을 조사하였다. AZO 박막은 rf power가 5~200 W인 RF 마그네트론 스퍼터 방법에 의해서 제작되었다. SiOC 박막은 산소와 DMDMOS 전구체의 유량비를 다르게 하여 플라즈마 발생 화학적 기상 증착방법으로 증착되었다. 증착된 SiOC박막은 UV visible spectroscopy에 의해서 분석하였다. 투명전극의 비저항은 rf 전력이 작을 수록 낮았으며, SiOC 절연막 위에 AZO를 증착시킨 후 반사률은 반대로 바뀌는 것을 확인하였다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2011.10a
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• pp.40.2-40.2
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• 2011

초경합금은 경도가 높은 재료를 말하며 일반적으로는 탄화텅스텐(WC)계 재료를 말한다. 국내 현재 초경합금 동향은 반도체 산업, 내마모성 공구, 절삭공구, 금형 등 많은 분야에 사용되어지고 있다. 또한 최근 들어 FSW (Friction Stir Welding, FSW)기술이 발전함에 따라 접합기술개발이 다양화되면서 FSW Tool의 고성능의 초경 재료가 요구되어지며 장수명의 Tool개발이 되어야 한다. 국내에서는 초경 합금 재료로 사용되어지고 있는 텅스텐 카바이드(WC)와 코발트(Co)를 이용하여 많은 연구가 진행되었다. 본 실험에서는 텅스텐 카바이드와 코발트 및 몰르브덴 카바이드를 혼합하여 소결체를 제조하였다. 실험에 사용된 텅스텐 카바이드는 높은 경도를 가지고 강한 취성을 나타내며, 소결에 어려운 단점이 있다. 이러한 단점을 코발트와 몰리브덴 카바이드를 첨가하여 소결온도를 낮춰주는 역할과 액상 소결시 텅스텐카바이드 입자사이에 침투하여 액상소결에 의한 치밀화가 가능하게 해주며 인성이 향상되어 고인성 재료를 만들 수 있었다. 본 실험에서는 합성과 치밀화가 동시에 진행되는 SPS (Spark Plasma Sintering:SPS) 장비를 이용하여 실험을 진행하였다. 이 방법은 방전플라즈마 소결 공법으로, 기존의 연소법과 열간 가압기술(Hot-press, HIP)을 결합한 방식으로 단 시간, 단일공정으로 치밀한 소결체를 얻을 수 있는 장점이 있다. 본 연구에서는 $WC-5Mo_2C$-5wt%Co 소결체 제조를 위해 원소 분말을 Horizontal ball milling 혼합하였다. 균일하게 혼합된 분말을 흑연다이에 충진하여 펄스전류와 기계적 압력을 동시에 가하여 $WC-5Mo_2C-5Co$ 복합재료를 제조하고 소결체의 밀도, 순도, 상변태, 미세조직 등을 분석 및 평가하였다. SPS공정 조건은 고진공하에서 $1,200^{\circ}C$-60MPa, 펄스비 12:1 조건으로 수행하였으며, 얻어진 $WC-5Mo_2C-5Co$ 소결체의 상대 밀도는 98%이상 이였다. 또한, 결정립 크기는 약 400 nm였으며, 경도는 $2,453kg/mm^2$를 나타내었다.