• Proceedings of the KAIS Fall Conference
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• 2001.11a
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• pp.169-172
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• 2001

다층 MEMS구조의 기초기판쌍 소재로 쓰일 수 있는 Si∥SiO₂/Si₃N₄∥Si 기판쌍의 직접접합 가능성을 확인하기 위해서 2000Å-SiO₂와 500Å-Si₃N₄층을 가진 직경 10cm의 실리콘 기판을 각각 친수성 및 소수성 표면세척을 하고 청정분위기에서 경면끼리 가접을 실시하였다. 가접된 기판쌍을 통상의 박스형 전기로를 이용하여 400, 600, 800, 1000, 1200℃ 범위에서 2시간 동안 가열하여 접합을 완료하였다. 완성된 기판쌍을 적외선분석기를 이용하여 접합면적을 확인하였고, 면도칼 삽입법으로 접합계면에너지를 측정하였다. 실험온도 범위 내에서 Si∥SiO₂/Si₃N₄∥Si 기판쌍은 1000℃ 이상에서 접합계면에너지는 2,344mJ/㎡을 나타냈으며, 이는 기존의 Si/Si의 동종접합기판쌍과 동등한 수준의 접합강도로서 부가가치가 큰 새로운 조합의 기판쌍 제조가 가능하였다.

• 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.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.22 no.3
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• pp.31-38
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• 2015

In order to achieve a high speed and high quality silicon wafer bonding, the room-temperature direct bonding using atmospheric pressure plasma and sprayed water vapor was developed. Effects of different plasma fabrication parameters, such as flow rate of $N_2$ gas, flow rate of CDA (clear dry air), gap between the plasma head and wafer surface, and plasma applied voltage, on plasma activation were investigated using the measurements of the contact angle. Influences of the annealing temperature and the annealing time on bonding strength were also investigated. The bonding strength of the bonded wafers was measured using a crack opening method. The optimized condition for the highest bonding strength was an annealing temperature of $400^{\circ}C$ and an annealing time of 2 hours. For the plasma activation conditions, the highest bonding strength was achieved at the plasma scan speed of 30 mm/sec and the number of plasma treatment of 4 times. After optimization of the plasma activation conditions and annealing conditions, the direct bonding of the silicon wafers was performed. The infrared transmission image and the cross sectional image of bonded interface indicated that there is no void and defects on the bonded wafers. The bonded wafer exhibited a bonding strength of average $2.3J/m^2$.

• Journal of Sensor Science and Technology
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• v.9 no.2
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• pp.134-140
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• 2000

Si wafer direct bonding(SDB) technology is very attractive for both Si-on-insulator(SOI) electronic devices and MEMS applications. This paper presents on pre-bonding according to HF pre-treatment conditions in Si wafer direct bonding. The characteristics of bonded sample were measured under different bonding conditions of HF concentration and applied pressure. The bonding strength was evaluated by tensile strength method. A bond characteristic on the interface was analyzed by using FT-IR, and surface roughness according to HF concentration was analyzed by AFM. Si-F bonds on Si surface after HF pre-treatment are replaced by Si-OH during a DI water rinse. Consequently, hydrophobic wafer was bonded by hydrogen bonding of Si-OH$\cdots$(HOH$\cdots$HOH$\cdots$HOH)$\cdots$OH-Si. The pre-bonding strength depends on the HF pre-treatment condition before pre-bonding. (Min : $2.4kgf/cm^2{\sim}$Max : $14.9kgf/cm^2$)

• Korean Journal of Materials Research
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• v.11 no.3
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• pp.159-163
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• 2001

The success of SDB (silicon wafer direct bonding) technology can be estabilished by bonding on the bonded interface with no defects and Preventing temperature dependent bubbles. In this research, we observed the behavior of the intrinsic bubbles by transmitting the infrared light and the increase of the bubble pressure was found. And, the $SiO_2$-$SiO_2$ bonded wafer was achieved, which generates no intrinsic bubbles in the annealing under the atmospheric pressure. The intrinsic bubbles in the $SiO_2$-$SiO_2$ bonded wafer were generated in the annealing in the ultra high vacuum. This experimental result shows the relation between the bubble growth and the pressure.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.2 no.4
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• pp.241-247
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• 1992

The direct bonding of Cu to $Al_2O_3$, employing the $Cu-Cu_2$O eutectic skin melt, is investigated. The bonding force and interface structure of samples prepared by oxidation at $1015^{\circ}C$ in $1.5{\times}10^{-1}$torr followed by bonding at 107$5^{\circ}C$ under $10_{-3}$ torr vacuum have been studied using peeling test, SEM, EDS and XRD. It has been found that the optimal strength is obtained for 3 minutes of oxidation while the adhesion force is decreased with oxidation shorter or longer than 3 minutes. The rupture occured at alumina-eutectic interface. Fractured surface of $Al_2O_3$covered with $Cu_2$O nodules pulled out of the Cu indicates that bonding strength is governed by $Cu-Cu_2$O interface and not by $Cu_2$O-A$l_2O_3$interface. The bonding force is slightly increased with bonding time and the reaction phases of CuA$l_2O_4$and $CuAlO_2$are formed at interface during the bonding.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2017.05a
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• pp.129-129
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• 2017

열전재료는 열에너지를 전기에너지로 또는 전기에너지를 열에너지로 직접 변환하는데 가장 널리 사용되는 재료이다. $Bi_2Te_3$계 열전 재료는 400K 이하의 비교적 저온 영역에서 높은 성능지수(Dimensionless Figure of merit, ZT($={\alpha}2{\sigma}T/{\kappa}$, ${\alpha}$: 제백계수, ${\sigma}$: 전기전도도, T: 절대온도, ${\kappa}$: 열전도도))를 나타내는 열전재료이며 자동차 시트나 정수기 등에 응용되고 있다. 열전모듈은 제조시 수십 개에서 수백 개 이상의 n형 및 p형 열전소자를 알루미나($Al_2O_3$)와 같은 세라믹 기판(substrate) 상에 접합된 동 전극 위에 전기적으로 서로 직렬로 접합시켜 제조한다. 기존의 열전모듈의 제조방법에는 동 전극 위에 위에 Sn합금 분말과 플럭스(flux)의 혼합물인 솔더페이스트를 스크린 인쇄법을 사용하여 동 전극에 도포한 다음, 그 위에 열전소자를 얹고 약 520K의 열풍을 가하여 솔더를 용융시켜 열전소자와 동 전극을 접합시킨다. 스크린 인쇄법에서는 인쇄 압력이 일정하지 않으면, 솔더페이스트 층의 두께가 균일하지 않게 되어 열전소자 접합부의 불량을 유발시킨다. 그러나 열모듈은 단 하나의 접합 불량이 모듈 전체의 열전변환성능에 심각한 영향을 줄 수 있기 때문에 본 연구에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해, 솔더페이스트를 도포하지 않고 열전소자를 직접 동 전극과 접합할 수 있는 방법을 고안하였다. 무전해도금을 이용한 니켈층을 형성시킨 $Bi_2Te_3$계 열전소자 표면에 약 $50{\mu}m$의 주석도금층을 전기도금법을 구사하여 형성시켰다. 그 후, wire cutting을 통하여 $3mm{\times}3mm{\times}3mm$의 크기로 절단한 주석도금된 열전소자를 동 전극에 얹고 1.1KPa의 압력을 가하면서 523K의 핫플레이트 위에서 3분간 방치하여 직접(direct) 열압착 접합을 실시하였다. 접합부의 단면을 SEM을 이용하여 관찰한 결과, 동 전극과 열전소자 사이의 계면에 용융 후 응고된 주석층이 결함없이 균일하게 형성된 양호한 접합부를 관찰할 수 있었다. 따라서, 솔더페이스트를 이용하지 않고, 열전소자 표면에 주석도금을 실시한 후, 동 전극과 직접 열압착 본딩을 실시하는 방법은 균일한 접합계면을 얻을 수 있는 새로운 공정으로 기대된다.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.10 no.10
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• pp.665-670
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• 2000

Linear annealing method was developed to increase the bond strength of Si wafer pair mated at room tem­perature instead of conventional furnace annealing method. It has been known that the interval of the two mating wafer surfaces decreases and the density of gaseous phases generated at the interface increases with increase in an-nealing temperature. The new annealing method consisting of one heat source and light reflecting mirror used these two phenomena and was applied to Si$\mid$$\mid$Si and Si$\mid$$\mid$$SiO_2/Si$ bonding. The bonding interface observed directly by using IR camera and HRTEM showed clear bonding interface without any unbonded areas except the area generated by the dusts inserted into the mating interface at the room temperature. Crack opening method and direct tensile test was ap­pplied to measure the bond strength. The two methods showed similar results. The bond strength increased continuous­tly with the increase of annealing temperature.

• Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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• v.16 no.3 s.96
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• pp.78-83
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• 1999

The bonding interface is dependent on the properties of surfaces prior to SDB(silicon wafer direct bonding). In this paper, we prepared silicon surfaces in several chemical solutions, and annealed bonding wafers which were combined with thermally oxidized wafers and bare silicon wafers in the temperature range of $600{\times}1000^{\circ}C$. After bonding, the bonding interface is investigated by an infrared(IR) topography system which uses the penetrability of infrared through silicon wafer. Using this procedure, we observed intrinsic bubbles at elevated temperatures. So, we verified that these bubbles are related to cleaning and drying conditions, and the interface oxides on silicon wafer reduce the formation of intrinsic bubbles.

• 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.