• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.317-318
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• 2012

현재의 반도체 산업에서 Hafnium oxide와 Hafnium silicates같은 high-k 물질은 CMOS gate와 DRAM capacitor dielectrics로 사용하기 위한 대표적인 물질에 속한다. MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor)구조에서 gate length는 16 nm 이하로 계속 미세화가 연구 중이고, 또한 gate는 기존구조에서 Multi-gate구조로 다변화가 일어나고 있다. 이를 통해 게이트 절연막은 그 구조와 활용범위가 다양해지게 될 것이다. 동시에 leakage current와 dielectric break-down을 감소시키는 연구가 중요해지고 있다. 그러나 나노 영역에서의 기계적 특성에 대한 연구는 전무한 상태이다. 따라서 복잡한 회로 공정, 다양한 Multi-gate 구조, 신뢰도의 향상을 위해서는 유전박막 물질자체와 계면에서의 물리적, 기계적인 특징의 측정이 상당히 중요해지고 있다. 이에 본 연구는 Nano-indenter의 통해 경도(Hardness)와 탄성계수(Elastic modulus) 등의 측정을 통하여 시료 표면의 나노영역에서의 기계적 특성을 연구하고자 하였다. $HfO_2$게이트 절연막은 rf magnetron sputter를 이용해 Si (silicon) (100)기판위에 박막형태로 증착하였고, 이후 furnace에서 질소분위기로 온도(400, 450, $500^{\circ}C$)를 달리하여 20분 열처리를 하였다. 또한 Weibull distribution을 이용해 박막의 characteristic value를 계산하였으며, 실험결과 열처리 온도가 $400^{\circ}C$에서 $500^{\circ}C$로 증가함에 따라 경도와 탄성계수는 7.4 GPa에서 10.65 GPa으로 120.25 GPa에서 137.95 GPa으로 각각 증가하였다. 이는 재료적 측면으로 재료의 구조적 우수성이 증가된 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2018.06a
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• pp.38-38
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• 2018

TiMoN 코팅층은 우수한 내마모 특성과 낮은 마찰계수를 보여 많은 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 음극아크 증착으로 질소 가스 유량, 아크 전류, 기판 전압 등 공정 변수를 제어하여 TiMoN 코팅층을 스테인리스와 초경 기판 위에 제조하고 색상, 미세구조, 경도 등 물리적 특성을 평가하였다. TiMo 타겟은 Mo가 약 8 at.% 함유되어 있으며 직경은 80 mm이었다. 색차계를 이용하여 TiMoN 코팅층의 색상을 분석한 결과, 질소 유량이 증가할수록 $a^*$와 $b^*$ 값이 증가하는 경향을 확인하였다. 질소 유량 90 sccm으로 제조한 TiMoN 코팅층은 TiN 코팅층과 유사한 색상을 보였다. TiMoN 코팅층의 조성을 에너지분산형 분광기(energy dispersive spectroscopy)로 분석한 결과, 타겟과 유사한 조성을 보였다. TiMoN 코팅층의 단면을 주사전자현미경으로 관찰한 결과, 주상정 형성이 확인되었으며 코팅층 표면에는 음극 아크 공정 시 발생하는 거대입자가 발견되었다. 질소 유량 50 sccm으로 제조한 TiMoN 코팅층은 약 3000 Hv의 경도 값을 보였다. X-선 분광기로 TiMoN 코팅층의 결정성을 분석한 결과, TiN과 유사한 합금상이 형성된 것을 확인할 수 있었다. TiMoN 코팅층은 TiN과 유사한 색상을 보였으며 경도는 TiN보다 높은 값을 보여 절삭공구, 금속 가공용 부품 등 고경도 코팅층으로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.190.1-190.1
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• 2013

현재 자동차 분야에서 차량 경량화를 통해 연비 향상 및 에너지 효율 향상을 기대하고 있으며, 차량 경량화의 한 수단으로 자동차용 유리를 고강도 투명 플라스틱 소재인 PC(Polycarbonate)로 대체하고자 하는 연구가 활발히 이루어지고 있다. 그러나, PC의 낮은 내마모 특성과 자외선에 의한 열화 및 변색 현상은 해결하여야 할 중요한 문제점으로 지적되고 있다. 본 연구에서는, PC의 내마모 특성을 향상시키기 위하여 transmittance가 확보되고, 고경도 특성을 갖는 Al-Si-N 박막 증착에 대한 연구를 하였고, 자외선 차단을 위하여 SiN:H 박막을 증착 하였다. 박막 증착을 위하여 ICP-assisted reactive magnetron sputtering 장비를 이용하였으며, 고경도 특성을 갖는 Al-Si-N 박막을 제조하였다. 그리고 300 nm 파장 이하의 자외선 차단을 위하여 SiN:H 박막을 증착하였다. 분석 장비로는 박막의 chemical state와 crystallinity를 확인하기 위하여 XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy), XRD(X-ray diffraction)를 이용하여 분석을 수행하였으며, Knoop ${\mu}$-hardness tester와 Pin-on-disk를 이용하여 경도 및 내마모 특성을 평가하였다. SiN:H 박막 위에 Al-Si-N 박막을 증착하였고 총 두께는 ~5000 $\AA$을 증착하였으며, 가시광 영역에서 평균 70% 이상의 transmittance를 나타내었다. 박막의 Si/(Al+Si) 비율에 따라 다른 경도 특성을 나타냈는데, Si/(Al+Si) 비율이 26~32% 부근에서 최대 31 GPa의 경도 값을 확인하였고 SiN:H 박막은 300nm 이하의 파장에서 2% 이하의 transmittance를 확인하였다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2003.03a
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• pp.244-244
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• 2003

나노인덴테이션은 시편에 압자를 침투시켜 재료의 기계적 특성을 파악할 수 있는 경도시험법이다. 압입범위를 나노미터범위로 조절할 수 있어 기존에 접근할 수 없었던 극 미소부분에로 응용이 넓어지고 있다. 경도시험시 재료의 탄성 및 소성 작용에 의해 재료는 변형되고, 표면변화 관찰을 통해 표면아래 부분에서 이루어지고 있는 거동을 예측할 수 있다. 이러한 관점에서 나노인덴테이션 시험시에도 발생하는 파일업과 싱크인 현상에서 재료가 나노미터 범위에서 어떠한 양상으로 변형을 하는지를 고찰하는 것은 의미가 있을 것이다. 본 연구에서 파일업과 싱크인의 양상을 파악하고 그 양을 정량화하기 위하여 가공경화양에 따른 표면변화와 압입하중 변화에 따른 표면변화를 관찰하였다. 어닐링한 봉상 알루미늄을 압축변형을 0%, 5%, 20%, 40%, 50% 로 변형시켜 가공경화를 일으켰고, 표면은 전해연마하여 나노압입시험이 가능하도록 하였다. 각각의 시편을 나노인덴테이션 압입하중을 변화시켜 재료에서 하중 변화에 따라 나타나는 표면변화를 관찰하였고, 위의 각 조건에서 파일업양을 정량화 하였다. 연구결과에 대해 ANSYS 유한요소분석 프로그램을 사용하여 재료의 변형양상을 시뮬레이션 하였고, 실제 실험데이터와 비교 분석하였다.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.38 no.4
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• pp.365-369
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• 2001

플라즈마 화학증착법(PECVD)에 의해 실리콘 (100) 기판 위에 3C-SiC막을 증착하였다. 증착반응시 유입가스비, R$_{x}$[=CH$_4$/(CH$_4$+H$_2$)]에 따른 증착막의 결정성에 대해 검토하였다. 증착된 3C-SiC막의 결정성은 R$_{x}$ 값이 감소할수록 더욱 향상되었으며, 형성된 결정상은 (111) 면으로 최대의 우선배향성을 가졌다. Nanoindentation 방법을 이용하여 3C-SiC막의 압입깊이에 따른 경도 및 탄성계수를 측정하였으며, 유입가스비(R$_{x}$)의 변화에 따라서 막의 경도 및 탄성계수가 뚜렷이 변화하였다.

• Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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• 1996.05c
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• pp.52-58
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• 1996

본 연구에서는 반응성 마그네트론 스퍼터 이온플래이팅법에 의해 Co계 합금인 stellite 6B 기판 위에 증착된 TiN 박막의 증착특성을 조사하였다. 증착된 박막의 증착속도는 기판에 인가된 bias 가 증가함에 따라 박막의 치밀화와 resputtering으로 인해 감소하였으며 박막의 형상은 bias가 인가되지 않은 상태에서의 open columnar 구조에서 bias가 인가된 경우 columnar 구조가 사라진 매끈하고 치밀한 구조로 변화하였다. 기판 bias가 인가된 경우 N/Ti 조성비는 거의 stoichiometry를 만족하였으며 증착된 박막의 우선성장 방위는 $N_2$의 양이 감소할 수록 (200)에서 (111)로, bias 증가에 따라서는 (200)에서 (111)을 거쳐 (220)으로 변화하였다. 박막의 경도는 박막이 압축응력을 나타낼수록 증가하였으며, bias가 인가된 경우 약 2000~3300kgf/$\textrm{mm}^2$의 높은 경도를 나타내었다.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 1998.10a
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• pp.21-21
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• 1998

Polyethylene glycol(PEG) 또는 polycaprolactone(PCP)을 예비 중합체로 사용하고 butanetriol trinitrate와 diethylene glycoldinitrate를 가소제로, cyclo-tetramethylene tetranitramine을 주산화제로 사용한 고체 추진제를 제조하여 이들의 기계적 성질을 증진시키기 위한 연구를 하였다. PEG의 일부를 PCP로 대체 시 추진제의 기계적 성질은 증가하며 PCP만 사용시 추진제의 최대 인장 강도는 PEG만 사용시 보다 약 17%, 최대 응력 하에서의 신율은 약 59% 그리고 탄성 계수는 약 9% 증가한다. 그러나 예비 중합체로 PCP만을 사용한 추진제는 4$0^{\circ}C$, 90% 상대 습도하에서 보관시 추진제의 경도 변화 실험에서 6주 후에 경도가 0이 되며, 위의 조건하에서 보관 기간에 따른 PCP 바인더의 부피 팽윤 실험에 의해 초기 부피 팽윤 비와 팽윤비의 변화 속도가 PEG를 혼용한 바인더보다 크므로 PCP 사용시 수분에 대한 안정성은 저하됨을 알 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2009.05a
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• pp.221-222
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• 2009

AZ31 마그네슘 합금에 AC 전류를 인가하여 MAO(micro-arc oxidation) process로 양극산화 할 때 알카리 전해액에 첨가되는 sodium silicate(Na2SiO3)의 농도에 따라 형성되는 양극 피막의 구조와 부식특성을 평가하였다. 전해질의 조성은 10g/1 KOH와 4g/1 KF 혼합 전해액에 sodium silicate를 (5, 10, 20, 40, 80)g/1로 달리하여 첨가한 후 $40mA/cm^2$의 전류밀도로 20분간 MAO 처리한 후 양극피막의 조직을 SEM, XRD, EPMA를 이용하여 분석하였고 동전위 분극시험으로 부식 거동을 평가하였으며 micro-vickers 경도계를 이용하여 단면의 경도를 측정하였다.

• Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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• 2004.05a
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• pp.133-133
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• 2004

박막이나 초미세 구조체의 경도 및 탄성계수 측정을 위한 나노 압입실험에서는 Oliver ＆ Pharr가 제안한 하중-변위 측정 나노압입법이 널리 쓰이고 있다 위 실험법에서, 나노경도(nano-hardness; H$_{n}$)는 최대하중을 계산된 접촉면적 (A$_{c}$)으로 나누어 평가하고, 압입자 및 박막의 탄성성질을 포함하는 환산 탄성계수 (reduced modulus ; E$_{r}$)는 하중제거곡선의 초기 기울기인 접촉탄성강성 (S)를 이용하여 계산한다. 그러나, 하중-변위 측정 나노압입법에서는 탄성 및 소성변형만이 고려되고 시간 의존적 변형거동 (time dependent deformation; TDD)은 고려되지 않는다.(중략)

• Journal of Korea Foundry Society
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• v.19 no.6
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• pp.451-455
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• 1999

펩셀주형을 사용하여 한 주형내에 두께가 20, 26, 32 및 38 mm인 4 종류의 T 형 시편을 배치시킨 후 구상흑연주철을 제조하였으며 이로부터 구상흑연립의 수, 페라이트의 함량, 브린넬경도 및 내부결함의 발생위치를 측정하였다. 시편의 상부를 절단한 후 8 위치에서 경도를 측정하였으며 역시 같은 위치에서 구상흑연립의 수 및 페라이트함량을 측정하였다. 압탕의 경우 응고후 급탕효과를 관찰하기위하여 X-선찰영을 하였는 바 시편의 두께가 20 mm에서 38 mm로 갈수록 압탕으로부터의 급탕이 원활하게 이루어졌음을 알 수 있었다. 또한 시편내부의 응고수축결함의 발생을 관찰하기 위하여 절단한 결과 20 및 26 mm의 두께에는 응고수축결함이 T 형시편의 연결부에 발생한 반면 32 및 38 mm에는 발생되지 않았다. 위에서 얻어진 실험적인 데이터는 구상흑연주철의 모델링을 검증하는 벤치마크의 연구로 유용하게 사용될 것이다.