Thin films of diamond-like carbon(DLC) have been deposited using a magnetron plasma-enhanced chemical vapor deposition(PECVD) method with an rf(13.56 MHz) plasma of $C_{3}H_{8}$. From the Langmuir probe I-V characteristics, it can be observed that increasing the magnetic field yields an increase of the temperature($T_e$) and density($N_e$) of electron. At a magnetic field of 82 Gauss, the estimated values of $T_e$ and $N_e$ are approximately $1.5\;{\times}\;10^5$ K(13.5 eV) and $1.3\;{\times}\;10^{11}\;cm^{-3}$, respectively. Such a highly dense plasma can be attributed to the enhanced ionization caused by the cyclotron motion of electrons in the presence of a magnetic field. On the other hand, the negative dc self-bias voltage($-V_{sb}$) decreases with an increasing magnetic field, which is irrespective of gas pressure in the range of $1{\sim}7$ mTorr. This result is well explained by a theoretical model considering the variation of $T_e$. Deposition rates of DLC films increases with a magnetic field. This may be due to the increased mean free path of electrons in the magnetron plasma. Structures of DLC films are examined by using various techniques such as FTIR and Raman spectroscopy. Most of hydrocarbon bonds in DLC films prepared consist of $sp^3$ tetrahedral bonds. Increasing the rf power leads to an enhancement of cross-linking of carbon atoms in DLC films. At approximately 140 W, the maximum film density obtained is about 2.4 $g/cm^3$.
Diamond-like carbon (DLC) films have been prepared by a widely-used plasma CVD with an rf (13.56MHz) plasma of $CH_4$ gas. The hydrogen incorporated in DLC films plays an important role of determining the film properties, but its exact role has not been clear. In this study, the effect of hydrogen on the film properties of DLC has been examined by adding the hydrogen gas to the $CH_4$ gas during deposition and by exposing the prepared film to the hydrogen plasma. As the content of additive hydrogen gas increases, the density and hardness of the film increase, but the growth rate decreases. The FT-IR spectroscopy results show that the number of C-H bonds decreases with increasing the hydrogen gas. Also, the variation in the position of "G" and "D" peaks due to additive hydrogen, which has been measured by the Raman spectroscopy, indicates of $sp^3$ fraction.
A simple method to measure the elastic modulus E and Poisson's ratio v of diamod-like carbon (DLC) films deposited on Si wafer was suggested. Using the anisotropic etching technique of Si we could make the edge of DLC overhang free from constraint of Si substrate. DLC film is chemically so inert that we could not on-serve any surface damage after the etching process. The edge of DLC overhang free from constraint of Si substrate exhibited periodic sinusoidal shape. By measuring the amplitude and the wavelength of the sinu-soidal edge we could determine the stain of the film required to adhere to the substrate. Since the residual stress of film can be determine independently by measurement of the curvature of film-substrate com-posite we could calculated the biaxial elastic modulus E/(1-v) using stress-strain relation of thin films. By comparing the biaxial elastic modulus with the plane-strain modulus E/(1-{{{{ { v}^{2 } }}) measured by nano-in-dentation we could further determine the elastic modulus and Poisson's ratio independently. This method was employed to measure the mechanical properties of DLC films deposited by {{{{ { {C }_{6 }H }_{6 } }} rf glow discharge. The was elastic modulus E increased from 94 to 169 GPa as the {{{{ { V}_{ b} / SQRT { P} }} increased from 127 to 221 V/{{{{ {mTorr }^{1/2 } }} Poisson's ratio was estimated to be abou 0.16∼0.22 in this {{{{ { V}_{ b} / SQRT { P} }} range. For the {{{{ { V}_{ b} / SQRT { P} }} less than 127V/{{{{ {mTorr }^{1/2 } }} where the plastic deformation can occur by the substrate etching process however the present method could not be applied.
Thin films of diamond-like carbon(DLC) can be successfully deposited by using a magnetron plasma chemical vapor deposition (CVD) method with an rf(13.56 MHz) plasma of $C_dH_8$. Plasma characteristics are analyzed as a function of the magnetic field. As the magnetic field increases, both electron temperature ($T_e$) and density ($n_e$)increase, but the negative dc self-bias voltage (-$V_{ab}$) decreases, irrespective of gas pressures in the range of 1~7 mTorr. High deposition rates have been obtained even at low gas pressures, which may be attributed to the increased mean free path of electrons in the magentron plasma. Effects of rf power and additive gas on the structural properties of DLC films aer also examined by using various technique namely, TED(transmissio electron diffraction) microanalysis, FTIR, and Raman spectroscopies.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.35
no.11A
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pp.1091-1096
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2010
Stiction in microelectromechanical systems (MEMS) has been a major failure mechanism. Especially, in RF MEMS switches, moving parts often suffered in-use and release related stiction problems. Some materials and methods have been used to prevent this problem. Diamond-like carbon (DLC) has not only been used as a protective material owing to its good mechanical properties but also has been used as a hydrophobic material. Its properties could be controlled by post annealing treatment in various conditions. We synthesized DLC films using a radio frequency plasma enhanced chemical vapor deposition (RF PECVD) method on silicon substrates using methane ($CH_4$) and hydrogen ($H_2$) gas. Then, the change of the hydrophobic property of the films was investigated undervarious annealing temperatures in nitrogen and in oxygen ambient. The films, that were annealed above $700^{\circ}C$ in nitrogen ambient, showed a high contact angle of water (> $90^{\circ}$) even though their mechanical property was sacrificed to some degree. The structural variation and the changes of the hydrophobic and mechanical properties of the DLC films were analyzed by Raman spectrum, contact angle measurement, surface profiler, and a nanoindentation test.
The pumps of electro-hydrostatic actuators operate most frequently in boundary lubrication speed range, as they compensate for the position control errors as a control element. When conventional swash plate type piston pumps are applied to electro-hydrostatic actuators, the frictional power losses as well as the wear rate of sliding components, such as piston shoes can increase drastically under the boundary friction condition. In this paper, the power losses of the piston shoes were investigated which were engendered by a frictional solid-to-solid contact and leakage flow rate of their hydrostatic bearing. In order to reduce them, DLC-coating was applied to the swash plate and the ball joint of pistons along with its effects were demonstrated. In addition, it was also shown that the wear rate of the piston shoes could be markedly reduced using the DLC-coated swash plate.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2007.06a
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pp.398-398
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2007
Most recently, the Liquid Crystal (LC) aligning capabilities achieved by ion beam exposure on the diamond-like carbon (DLC) thin film layer have been successfully studied. The DLC thin films have a high mechanical hardness, a high electrical resistance, optical transparency and chemical inertness. Nitrogen doped Diamond Like Carbon (NDLC) thin films exhibit properties similar to those of the DLC films and better thermal stability than the DLC films because C:N bonding in the NDLC film is stronger against thermal stress than C:H bonding in the DLC thin films. Moreover, our research group has already studied ion beam alignment method using the NDLC thin films. The nematic liquid crystal (NLC) alignment effects treated on the SiNx thin film layers using ion beam irradiation for three kinds of N rations was successfully studied for the first time. The SiNx thin film was deposited by plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) and used three kinds of N rations. In order to characterize the films, the atomic force microscopy (AFM) image was observed. The good LC aligning capabilities treated on the SiNx thin film with ion beam exposure for all N rations can be achieved. The low pretilt angles for a NLC treated on the SiNx thin film with ion beam irradiation were measure.
Kim, Seong-Yeong;Lee, Sang-Hyeon;Sin, Seung-Yong;Go, Myeong-Wan
Korean Journal of Materials Research
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v.7
no.12
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pp.1070-1076
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1997
DLC(diamond-like carbon)박막을 RF PCVD법으로 증착하여 일반적인 증착특성과 마찰.마모특성사이의 관계를 알아보기 위해, 증착속도, 박막경도, 내무압축응력 및 박막내의 수소량 측정을 통해 일반적인 증착특성을 조사하였다. 그리고 증착된 박막의 C-H 결합구조와 물질특성 분성을 위해 각각 FTIR 및 Raman분광분석을 행하였다. 박막의 마찰계수와 내마모특성은 Pin-on-disk형 마찰시험기를 이용하여 상기의 증착조건과의 상관관계를 조사하였다. DC self-bais, 즉 충돌에너지가 커지면 박막의 증착속도와 경도는 대체로 증가하고, 박막내의 압축응력은 최대값을 가지다가 다시 감소됨을 알 수 있언ㅆ다. 또한 박막내의 수소량은 급격히 감소하다가 포화됨을 알 수 있었다. 얻어진 박막의 마찰계수는 최소 0.08로 분위기가 dry일 때 더 작으며 내마모성은 이온의 충돌에너지와 밀접한 관계를 가지며 모재인 Si-wafer보다 훨씬 큼을 알수 있었다.
Park, Se-Jun;Lee, Kwang-Ryeol;Lee, Seung-Cheol;Ko, Dae-Hong
Journal of the Korean Vacuum Society
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v.15
no.3
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pp.287-293
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2006
Diamond-like carbon (DLC) film was deposited using benzene $(C_6H_6)$ by r. f-plasma assisted chemical vapor deposition. The tribological properties of the DLC film were tested by rotating ball-on-disc type tribometer isolated by a chamber. The tribological test was performed in air environment of relative humidity ranging from 0 to 90% in order to observe the tribological behavior of the DLC film with the change of humidity. We used steel ball and DLC coated steel ball to investigate the effect of the counterface material. Using steel ball, the friction coefficient of DLC film increased from 0.025 to 0.2 as the humidity increased from 0% to 90%. In case of DLC coated steel ball which didn't form the Fe-rich debris, the friction coefficient showed much lower dependence of humidity as 0.08 in relative humidity 90%. We confirmed that the high humidity dependence of the friction coefficient using steel ball resulted from the increase of debris size with humidity and the formation of Fe-rich debris by the wear of steel ball. And the friction coefficient was immediately dropped when the relative humidity changed from 90% to 0% during test using steel ball. From this result, we confirmed that the effect of the Fe-rich debris on the friction coefficient was that Fe element in debris formed the highly sensitive graphitic transfer layer to humidity.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2000.02a
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pp.126-126
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2000
다이아몬드상 카본(DLC) 필름은 경도가 높고, 마찰계수가 낮다는 장점을 가지고 있기 때문에 내마모성 코팅이나 윤활성코팅에 응용을 위한 연구가 활발히 진행중이다. 하지만 마찰계수가 주변환경에 매우 큰 영향을 받는다는 단점이 있다. 이러한 단점은 DLC필름의 응용에 대한 저해 요인이 되며, 이 점을 보완하기 위해서 DLC 필름에 Si을 첨가하는 연구들이 진행되고 있다. 본 실험에서는 r.f-PACVD 법을 이용하여 Si이 첨가된 DLC 필름의 주위 환경 변화에 따른 마찰특성의 변화를 연구하였다. 사용한 반응 가스는 벤젠(C6H)과 희석된 Silane(SiH4 : H2 = 10 : 90)이며, 희석된 Silane과 벤젠의 첨가비율을 조절하여 필름내 Si의 함량을 조절하였고, 증착시 바이아스의 전압은 -400V로 하였다. 마찰테스트는 Ball-on-Disk type의 조건에서 대기, 건조공기, 진공의 세가지 분위기에서 마찰테스트를 실행하였다. 실험결과 마찰계수는 건조공기, 대기, 진공의 순으로 증가하였고, 필름내에 포함되어 있는 Si의 양이 증가할수록 마찰계수는 낮고 안정한 값을 나타내었다. Tribochemiacal 분석과, ball과 track의 전자현미경 사진 분석 결과, 진공에 비해서 건조공기와 대기중에서 마찰계수가 낮은 것은 DLC 필름내에 마모 track 중심부에 Si-C-O 계의 화합물이 형성되어, 이 화합물이 마찰계면에 존재하여 마찰계수를 낮추었음을 확인하였다. 그리고 대기중에서 실험한 경우, 습기의 존재로 인해 마모입자가 볼의 표면에서 엉김으로써 건조공기의 상태에서 보다 높은 마찰저항을 갖게 됨으로 인하여 마찰계수가 높아짐을 알 수 있었다.a)는 as-deposit 상태이며, 그림 1(b)는 45$0^{\circ}C$, 60min 열처리한 plan-view TEM 사진이다.dical의 영향을 조사하였으며 oxygen radical의 rf power에 따른 변화는 OES(Optical emission spectroscopy)를 사용하였다. 너무 적은 oxygen ion beam flux나 oxygen radical은 film의 전도도 및 투과도를 저하시켰고 반면 너무 과도한 flux의 증가 시는 전도도는 감소하였고 투과도는 증가하는 경향을 보였다. 기판에 도달하는 oxygen ion flux는 faraday cup을 이용하여 측정하였으며 증착된 ITO film은 XPS, UV-spectrometer, 4-point probe를 이용하여 분석하였다. 때문으로 생각되어진다. 또한, 성장 온도가 낮아짐에 따라 AlGaN의 성장을 저해하기 때문으로 판단된다. 성장 온도 변화에 따라 성장된 V의 구조적 특성 및 표면 거칠기 변화를 관찰하여 AlGaN의 성장 거동을 논의하겠다.034, 0.005 정도로 다시 감소하였다. 박막의 유전율은 약 35 정도의 값을 나타내었으며 X-선 회절 data로부터 분석한 박막의 변형은 증온도에 따라 7.2%에서 0.04%로 감소하였고 이 이경향은 유전손실은 감소경향과 일치하였다.는 현저하게 향상되었다. 그 원인은 SB power의 인가에 의해 활성화된 precursor 분자들이 큰 에너지를 가지고 기판에 유입되어 치밀한 박막이 형성되었기 때문으로 사료된다.을수 있었다.보았다.다.다양한 기능을 가진 신소재 제조에 있다. 또한 경제적인 측면에서도 고부가 가치의 제품
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[게시일 2004년 10월 1일]
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