• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2017.05a
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• pp.93-93
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• 2017

고전력 펄스 전원공급장치를 이용한 마그네트론 스퍼터링(high-power impulse magnetron sputtering; HiPIMS)과 직류(direct current; DC) 전원공급장치를 이용한 마그네트론 스퍼터링(DC 스퍼터링)을 이용하여 제조한 티타늄 질화물(titanium nitride; TiN) 박막의 특성을 비교하였다. HiPIMS와 DC 스퍼터링 공정 중에 빗각증착을 적용하여 TiN 박막의 미세구조와 기계적 특성의 변화를 확인하였다. TiN 박막을 코팅하기 위한 기판으로 스테인리스 강판(SUS304)과 초경(cemented carbide; WC-10wt.%Co)을 사용하였다. 기판은 알코올과 아세톤으로 초음파 처리를 실시하여 기판 표면의 불순물을 제거하였다. 기판 청정 후 진공용기 내부의 기판홀더에 기판을 장착하고 $2.0{\times}10^{-5}torr$의 기본 압력까지 진공배기를 실시하였다. 진공 용기의 압력이 기본 압력에 도달하면 아르곤(Ar) 가스를 진공용기 내부로 ${\sim}10^{-2}torr$의 압력으로 주입하고 기판홀더에 라디오 주파수(radio frequency; rf) 전원공급장치를 이용하여 - 800 V의 전압을 인가하여 글로우 방전을 발생시켜 30 분간 기판 표면의 산화막을 제거하는 기판청정을 실시하였다. 기판청정이 완료되면 기본 압력까지 진공배기를 실시하고 Ar과 질소($N_2$)의 혼합 가스를 진공용기 내부로 ${\sim}10^{-3}torr$의 압력으로 주입하여 HiPIMS와 DC 스퍼터링으로 TiN 박막 제조를 실시하였다. 빗각의 크기는 $45^{\circ}$와 $-45^{\circ}$이었다. 제조된 TiN 박막은 주사전자 현미경, 비커스 경도 측정기 그리고 X-선 회절 분석기를 이용하여 특성을 분석하였다. HiPIMS로 제조한 TiN 박막은 기판 전압을 인가하지 않아도 색상이 노란색을 보이지만, DC 스퍼터링으로 제조한 TiN 박막은 기판 전압을 인가하지 않으면 노란색을 보이지 않고 어두운 갈색에 가까운 색을 보였다. TiN 박막의 경도는 HiPIMS로 제조한 TiN 박막이 DC 스퍼터링으로 제조한 TiN 박막보다 높았다. 이러한 TiN 박막의 특성 차이는 DC 스퍼터링과 비교하여 높은 HiPIMS의 이온화율에 의한 결과로 판단된다. 빗각을 적용한 TiN 박막은 미세구조 변화를 보였으며 이러한 미세구조 변화는 TiN 박막의 특성에 영향을 미치는 것을 확인하였다.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2019.07a
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• pp.165-167
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• 2019

플라즈마 스퍼터링 공정은 반도체, 디스플레이 등 다양한 분야에서 사용되어지고 있는 박막 코팅 공정이다. 플라즈마 스퍼터링 공정의 특성상 안정된 플라즈마를 공급하기 위하여 펄스 전원장치를 요구 하게 된다. 본 논문은 플라즈마 스퍼터링 공정용 DC 전원장치를 통해 안정된 플라즈마를 공급하고 증착 효율을 높이기 위한 연구를 진행한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.304-304
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• 2012

CIGS(CuInGaSe2) 태양전지의 후면전극(Back contact)으로 널리 사용되는 Mo 박막은 낮은 면저항, 높은 반사율, 광흡수층 Na-path 제공 등의 조건이 요구된다. 일반적으로 Mo 박막 제작은 DC 마그네트론 스퍼터링 방법이 가장 널리 사용되며, 제작조건에 따라 태양전지 효율에 강한 영향을 미치는 것으로 보고되고 있다. 본 연구에서는 DC 마그네트론 스퍼터링 시 기판에 이온빔(Ion-beam)을 동시 조사하는 이온 빔 스퍼터링 증착(Ion-beam sputter deposition)법으로 Mo 박막을 제작하였다. 제작된 박막의 전기적 및 광학적 특성은 4-point probe, UV-Vis-NIR spectrometer로 각각 조사하였으며 Na-path 제어를 위한 구조적 특성은 XRD, FE-SEM으로 분석하였다. 분석결과에 따르면 기존 DC 마그네트론 스퍼터링 방법보다 상대적으로 더 치밀한 구조와 높은 반사율을 가지는 박막이 제작됨을 알 수 있었다. Mo 박막의 최적조건은 DC power 300 W, Ion-gun power 50 W, Ar flow rate 20 sccm 였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2012.05a
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• pp.202-202
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• 2012

CIGS 단일 타켓을 DC 및 RF 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 파워별로 Mo/SLG위에 증착하여 미세구조 및 화학 조성 평가를 실시하였다. 파워가 증가함에 따라 이온의 운동에너지 증가에 따라서 결정성이 향상되었음을 확인할 수 있었다. DC 마그네트론 스퍼터링의 경우 40W에서 가장 결정성이 좋았으며, RF 마그네트론 스퍼터링은 80W에서 높은 결정성을 확인할 수 있었다. 이는 DC power 40W와 RF power 80W에서 박막의 조성이 화학양론을 만족하고 grain의 성장이 잘 되었기 때문에 높은 결정성을 나타났다고 생각된다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2016.11a
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• pp.102-102
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• 2016

본 연구에서는 직류 전원(direct current; DC)을 이용한 스퍼터링과 고전력펄스 마그네트론 스퍼터링(high-power impulse magentron sputtering; HIPIMS)의 두 가지 방법과 빗각 증착을 적용하여 제조한 티타늄 질화물(TiN) 박막의 미세구조 변화가 물성에 미치는 영향을 확인하였다. TiN 박막은 99.5%의 Ti 타겟을 사용하고, Ar가스와 $N_2$ 분위기에서 스테인리스(SUS304)와 초경(cdmented carbide; WC-10wt.%Co) 기판위에 코팅하였다. 기판은 알코올과 아세톤으로 초음파 세척을 실시한 후 진공용기에 장착하고 기본 진공도인 ${\sim}2.0{\times}10^{-5}Torr$ 까지 진공배기를 실시하였다. 기판과 타겟 간의 거리는 DC 스퍼터링은 10 cm, HIPIMS 스퍼터링은 8.5 cm 이었다. 진공용기의 압력이 기본 진공도까지 배기되면 Ar 가스를 ${\sim}10^{-2}Torr$로 주입한 후 기판에 라디오 주파수(radio frequency; RF) 전원으로 약 -800 V의 전압을 인가하여 글로우 방전을 발생시키고 약 30 분간 청정을 실시하였다. 기판의 청정이 끝난 후 기본 진공도까지 배기한 후 Ar와 $N_2$ 가스를 ${\sim}10^{-3}Torr$로 주입하여 TiN 코팅을 실시하였다. 빗각의 크기는 $45^{\circ}$와 $-45^{\circ}$이며, TiN 박막의 총 두께는 약 $2.5{\sim}4.0{\mu}m$ 로 유지하였다. 공정조건에 따라 TiN 박막의 주상정은 형태와 기울어진 각도가 다른 것을 확인하였다. DC 스퍼터링으로 제조된 TiN 박막은 기판홀더에 약 -100 V 의 bias 전압을 인가하면 인가하지 않은 박막에 비해 치밀한 박막의 성장과 경도 값도 증가하는 사실을 확인하였다. 또한 빗각을 적용하고 bias 전압을 인가하지 않은 시편에서 박리현상이 일어났다. HIPIMS로 제조한 TiN 박막은 bias 전압을 인가한 박막과 인가하지 않은 박막의 주상정 형상과 경도 값에 큰 차이가 없었으며, 박막의 박리현상은 모든 시편에서 일어나지 않았다. DC 스퍼터링으로 제조한 TiN 박막은 bias 전압을 인가하지 않으면 색상이 노란색이 아닌 갈색으로 나타났으며, HIPIMS으로 제조한 박막은 bias 전압 인가 유무에 상관없이 노란색 색상을 나타냈다. 앞서 설명한 DC 스퍼터링과 HIPIMS의 공정조건에 따라 나타난 박막의 경도, 색상, 물성변화 차이는 DC 스퍼터링보다 높은 HIPIMS의 이온화율에서 기인한 것으로 생각된다. 본 연구결과를 이용하면 다양한 형태의 박막 구조 제어가 가능하고 이러한 미세구조 제어를 통해서 박막의 물성도 제어가 가능할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2013.05a
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• pp.202-203
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• 2013

CIGS 단일 타켓을 DC 및 RF 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 파워별로 Mo/SLG위에 증착하여 미세구조 및 화학조성 평가를 실시하였다. 파워가 증가함에 따라 이온의 운동에너지 증가에 따라서 결정성이 향상되었음을 확인할 수 있었다. DC 마그네트론 스퍼터링의 경우 40W에서 가장 결정성이 좋았으며, RF 마그네트론 스퍼터링은 80W에서 높은 결정성을 확인할 수 있었다. 이는 DC power 40W와 RF power 80W에서 박막의 조성이 화학양론을 만족하고 grain의 성장이 잘되었기 때문에 높은 결정성을 나타났다고 생각된다. 그리고 최적의 80W에서 기판온도를 100~400도까지 변화하여 증착해본 결과 300도에서 증착 시 가장 높은 결정성이 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 이는 400도 이상 온도 증가 시 2차 핵생성 밀도 증가로 인해 결정성이 저하된다고 생각된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.230.2-230.2
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• 2014

스퍼터링 공정은 보통 수백 eV로 가속된 이온에 의한 고체 타겟으로부터 입자의 방출로서 정의할 수 있다. 스퍼터된 입자는 열에너지보다 운동에너지가 크며 박막성장은 저에너지의 입자충격, 불활성 가스이온, 타겟부터 산란된 입자에 의하여 지배된다. 본 연구는 직경 2인치의 원형 Cr 타겟을 셔터를 닫고 예비 스퍼터링 할 때 셔터(SUS 304 0.1t)가 전자기력을 받아서 기계적으로 진동하는 현상을 규명하고자 하였다. 셔터의 하단부를 챔버의 중심축에 고정시켜서 타겟과 평행하도록 수 cm 떨어뜨려서 위치한 뒤 직류 마그네트론 플라즈마를 발생시켰을 때 DC power에 따라서 각각 움직임을 동영상촬영을 진행하였고, 셔터의 중심을 실로 매달아서 자유롭게 움직일 수 있도록 한 뒤 플라즈마가 발생했을 때 기계적인 움직임을 중점적으로 관찰했다. 움직임의 차이를 비교하기 위해서 셔터의 크기를 줄여가며 일정한 DC power에서 실험을 진행했고, 자세한 관찰을 위해서 초고속카메라(210 fps)로 짧은 순간의 변화를 비교했다. 실험조건은 5, 10 mTorr, DC power 30, 40, 50, 70, 100 W, Ar 30 sccm, 셔터의 크기 10, 20, 30, 40, 50, 60 mm로 실시했다. 압력이 낮아질수록, 셔터의 크기가 작을수록, DC power가 커질수록 움직임변화가 커졌고, 진동수가 빨라지는 것을 확인했다. F=qE=ma를 통해서 실험에서 촬영한 동영상을 근거로 거리측정을 통해 실험에서 얼마의 전기장이 인가되어 있는지 예측하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2012.11a
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• pp.162-162
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• 2012

고 해상도를 요구하는 3차원 감성터치센서의 핵심 부품인 ITO 박막은 매우 얇은 두께에서 높은 투과율과 고 전도성을 동시에 가져야 한다. 이러한 박막 물성을 함께 가지는 고품질 ITO 초박막을 제조하기 위해서 DC와 RF의 장점을 동시에 가지는 DC/RF 중첩형 마그네트론 스퍼터링과 전자기장을 인가한 마그네트론 스퍼터링 법을 이용하여 증착한 초박막 ITO의 Sn함량에 따른 물성 및 미세 구조 변화를 관찰 하였다. RF/(DC+RF) 중첩 비율 및 전자기장 파워에 따른 ITO 초박막의 물성 변화를 확인 하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2007.11a
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• pp.109-111
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• 2007

Pulsed DC 마그네트론 스퍼터링 장치를 이용하여 Polymer 및 Glass 기판 위에 $SiN_{\chi}$ (Silicon Nitride) 박막을 합성 시키고 이들의 구조적, 광학적 특성을 조사하였다. 막두께는 100 nm로 고정하였으며, power mode 및 질소 가스 유량비를 변수로 합성하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.446-446
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• 2014

흑연(graphite)과 티타늄(titanum; Ti) 타겟이 양쪽에 부착되어 있는 비대칭 마그네트론 스퍼터링 장치를 이용하여 Ti이 도핑되어진 다이아몬드상 탄소박막(Ti doped Diamond-like carbon, DLC:Ti)을 증착하였다. 흑연과 티타늄 타겟의 파워는 고정하고 기판에 음의 DC 바이어스를 인가하여 DC 바이어스 변화에 따른 DLC:Ti 박막을 증착하였다. 증착되어진 박막의 음의 DC 바이어스의 변화에 따라 변화되어지는 경도와 마찰계수, 표면의 거칠기, 접촉각 등의 물리적 특성들을 분석하였으며, XPS와 라만등의 분석법을 이용하여 박막의 구조적 특성을 분석하였으며, 패시베이션 층을 위한 전기적 특성등을 평가하여 이들 특성들간에 관계를 고찰하였다.