• 한국기계가공학회지
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• 제9권1호
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• pp.106-113
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• 2010

The most suitable condition for plasma source ion implantation(PSII) was found based on the study of the characteristics of PSIIed tool and machined surfaces. The depth analysis according to the chemical bonding state of elements and surface component elements through the XPS and SIMS, was conducted to find the improved property of the PSIIed surface. Due to the diffusion of PSII, the nitrogen was found up to a depth of about 150nm according to the supplied voltage and ion implanted time. The deep diffusion by nitrogen caused the surface modification, but the formation of oxide component was found due to the residual gas contamination on the surface. Statistical method of ANOVA was conducted to find the effects of spindle speed and feed rate in interaction for machined surface roughness with PSIIed tools. The surface modification was found largely occurred by the nitrogen implanted surface with 2 hours for 27kV, 35kV and 43kV.

• 한국안전학회지
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• 제14권4호
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• pp.126-134
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• 1999

In this study, plasma source ion implantation was used to improve the wear properties of biocompatible titanium implant. In order to observe the effect of ion energy and dose on wear property of titanium implant, pin-on-disk type wear tests in Hank's solution were carried out. The friction coefficient of ion implanted specimens were increased from 0.47 to 0.65 under high energy and ion dose conditions. As increasing ion energy and ion dose, the amount of wear was reduced.

• 한국윤활학회:학술대회논문집
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• 한국윤활학회 2004년도 학술대회지
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• pp.301-305
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• 2004

Effects of ion implantation on the adhesion strength of DLC film as a function of ion doses and implanted energies were investigated. Ti ions were implanted on the Si-wafer substrates followed by DLC coating using ion beam deposition method. Adhesion strength of DLC films were determined by scratch adhesion tester. Morphologies and compositional variations at the different ion energies and doses were observer by Laser Microscope and Auger Electron Spectroscopy, respectively. From results of scratch test, the adhesion strength of films was improved as increasing ion implanted energy, however there was no significant evidence with ion dose.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 1999년도 하계학술대회 논문집 E
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• pp.2253-2255
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• 1999

Plasma source ion implantation (PSII) is a non-line-of-sight technique for surface modification of materials which is effective for non-planar targets. Properties such as hardness, corrosion resistance, wear resistance and friction can be improved without affecting the bulk properties of the material. Type 304 austenitic stainless steel was treated by nitrogen plasma ion implantation at a target bias of -50kV. Surface properties, including microhardness and ion depth profile, were studied.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2000년도 제18회 학술발표회 논문개요집
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• pp.180-180
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• 2000

Plasma source ion implantation is a new doping technique for the formation of shallow junction with the merits of high dose rate, low-cost and minimal wafer charging damage. In plasma source ion implantation process, the wafer is placed directly in the plasma of the appropriate dopant ions. Negative pulse bias is applied to the wafer, causing the dopant ions to be accelerated toward the wafer and implanted below the surface. In this work, inductively couples plasma was generated by anodized Al antenna that was located inside the vacuum chamber. The outside wall of Al chamber was surrounded by Nd-Fe-B permanent magnets to confine the plasma and to enhance the uniformity. Before implantation, the wafer was pre-sputtered using DC bias of 300B in Ar plasma in order to eliminate the native oxide. After cleaning, B2H6 (5%)/H2 plasma and negative pulse bias of -1kV to 5 kV were used to form shallow p+/n junction at the boron dose of 1$\times$1015 to 5$\times$1016 #/cm2. The as-implanted samples were annealed at 90$0^{\circ}C$, 95$0^{\circ}C$ and 100$0^{\circ}C$during various annealing time with rapid thermal process. After annealing, the sheet resistance and the junction depth were measured with four point probe and secondary ion mass spectroscopy, respectively. The doping uniformity was also investigated. In addition, the electrical characteristics were measured for Schottky diode with a current-voltage meter.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.247-247
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• 2012

기존형광등보다 에너지소비가 적고, 수명이 길다는 장점을 가진 LED소자는 조명분야뿐만 아니라 선박 및 해양플랜트시장에까지 적용분야가 확대되고 있다. 그러나 LED소자의 수명연장 및 제품신뢰성을 위해서 방열에 관한 연구가 필수적이며 특히, 해양환경적용을 위해서는 내부식성을 요구하는 방열 재료개발에 대한 연구가 필요하다. 일반적으로 방열판소재로 사용되는 알루미늄의 경우 열전도도가 우수하며, 대기 중에서 쉽게 생기는 자연산화막보다 내부식특성을 향상시키기 위해 현재 국내 외의 표면처리 방법으로 전기화학적 방법을 이용한 Anodizing기술을 적용하고 있다. 하지만, Anodizing에 사용되는 질산과 황산액을 처리하는 과정에서 유독물질을 발생시킴으로 유해물질사용제한 등 국제적으로 환경규제가 강화되고 있어 Anodizing기술의 적용이 제한적인 단점이 있다. 본 연구에서는 친환경적 기술인 Plasma Immersion Ion Implantation (PIII)방식을 사용하여 알루미늄표면에 $Al_2O_3$을 형성하였다. 최적의 산화막증착 조건을 찾기 위해 Gas Flow양, Pulse Voltage, 공정온도, 시간 등을 변수로 실험을 진행하였다. SIMS (Secondary ion mass spectroscopy)를 통해 $Al_2O_3$ 박막두께 및 Oxygen의 정량분석을 하였으며, Anodizing처리된 알루미늄시편과 열전도특성과 내부식특성을 비교하기 위해 각각 Hot Disk 열전도율측정기와 Salt water tester chamber를 사용하였다.

• 한국정밀공학회지
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• 제27권1호
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• pp.33-40
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• 2010

In this research, the effects for surface Improvement of plasma ion implanted carbide endmill tools were observed by measuring cutting forces and tools wear affecting surface roughness in high speed cutting. From the 2nd ion mass analysis, the oxidation layer was found to be built up by sputtering. The residual gas contamination of oxygen was found to be contained impurities in nitrogen gas. The plasma implanted ion was found to be spreaded, especially the nitrogen was implanted up to 150nm depth as impressed voltage and ion implanting time. It is analyzed as bring surface improvement by spreading deeply forming oxidation on surface. The factors in Analysis of Variance(ANOVA) about mutuality cause reference of cutting force. The cutting force Fx is affected by the interaction of spindle rpm and federate, the cutting force Fy is influenced by spindle rpm and time injected ion, and cutting force Fz is affected by the interaction of impressed voltage and feedrate. Also, it was found that the cutting forces of implanted tools become lower and the surface roughness is improved by the effect of nitrogen according to the implantation.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 1999년도 제17회 학술발표회 논문개요집
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• pp.196-196
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• 1999

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.137-137
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• 2012

인공관절은 노인성 질환이나 자가 면역질환, 신체적인 외상 등으로 인하여 발생하는 관절의 손상 부위를 대체하기 위하여 고안된 관절의 인공 대용물이다. 인공 관절 중 인공 고관절의 경우 라이너(Liner)와 헤드(Head) 부분이 직접적인 마모 운동을 수행하게 되므로, 이 부분의 소재 특성에 따라 인공관절의 수명이 결정 되게 된다. 현재 헤드 소재로서는 Co-Cr-Mo 합금이, 라이너 소재로서는 고분자 소재인 UHMWPE (Ultra High Molecular Weight Polyethylene)가 주로 사용되고 있다. 이러한 MOP (Metal-On-Polymer) 구조의 인공관절의 경우, 충격흡수의 장점이 있는 반면, 관절 운동시 발생하는 UHMWPE 의wear debris에 의해 골용해가 발생하게 되어 인공관절의 수명이 저하되는 문제점이 있으며, 금속 헤드의 마모로 인한 금속이온의 용출은 세포 독성의 문제를 야기하여 인공관절의 수명을 저하시키는 또 다른 원인이 되고 있다. 따라서 본 연구에서는 PIII&D (Plasma Immersion Ion Implantation & Deposition) 공정을 이용하여 금속 (Co-Cr-Mo 합금)소재 위에 세라믹 (niobium nitride) 박막을 증착하여 상대재인 UHMWPE의 마모를 줄이고자 하는 연구를 진행하였다. 금속 소재 위에 증착된 세라믹 박막은 상대재인 UHMWPE의 마모량을 줄여줄 뿐만 아니라 금속이온의 용출을 막아준다는 장점이 있으나, 장시간의 마모 운동에 의하여 발생하는 박막의 박리 현상은 인공관절의 수명을 급격히 저하시키는 또 다른 원인이 된다. 이러한 단점을 해결하기 위하여, 박막의 증착 초기에 이온주입과 증착을 동시에 수행하는 dynamic ion mixing공정을 수행하였다. Dynamic ion mixing 공정을 수행함에 따라 박막과 금속 사이의 접착력이 증가하게 되어, UHMWPE의 마모량이 2배 가까이 감소하는 것을 확인할 수 있었으며, 장시간의 마모시험에서도 우수한 결과를 얻을 수 있었다. 또한 UHMWPE의 마모량을 감소시키기 위하여 박막을 증착하기 전에 금속 소재에 질소 이온주입을 수행하는 pre-ion implantation 공정을 도입하였다. 질소 이온주입 결과 Co-Cr-Mo 합금 표면에 부분적으로 CrN, Cr2N의 세라믹 상이 형성 되는 것을 확인할 수 있었으며, 그에 따라 UHMWPE의 마모량이 2배 이상 감소 되는 것을 확인 할 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.189-189
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• 2011

인공관절은 노인성 질환이나 자가 면역질환, 신체적인 외상 등으로 인하여 발생하는 관절의 손상 부위를 대체하기 위해 고안된 관절의 인공 대용물이다. 인공 관절 중 인공 고관절의 경우 관절 운동을 하는 라이너(Liner)와 헤드(Head) 부분이 인공관절의 수명을 결정하게 되는데, 헤드 부분에 메탈소재와 라이너 부분에 고분자 소재를 사용하는 MOP (metal on polymer) 구조의 인공관절은 충격흡수의 장점이 있는 반면 wear debris에 의한 골용해로 인하여 관절이 느슨해지는 문제점이 발생하여 재 시술의 주요 원인이 되고 있다. 또한 메탈 헤드의 마모로 인한 금속이온의 용출은 세포 독성의 문제를 야기하여 인공관절의 수명을 낮추는 또 하나의 요인이 되고 있다. 따라서 인공관절의 수명을 늘리기 위해 DLC, ZrO, TiN 등의 높은 경도 값을 갖는 박막을 금속 헤드 위에 증착하여 상대재인 인공관절용 고분자 소재의 마모량을 줄이고자 하는 연구가 활발하게 진행 되고 있다. 본 연구에서는 PIII&D (Plasma Immersion Ion Implantation & Deposition)공정을 이용하여 Co-Cr-Mo 합금 소재 niobium nitride (NbN) 박막을 증착하여 상대제인 UHMWPE (ultra high molecular polyethylene)의 마모를 줄이고자 하는 연구를 진행하였다. 마모량을 감소시키기 위하여, 박막 증착전에 질소를 이온주입하는 pre-ion implantation 공정을 도입하였으며, 또한 Co-Cr 합금과 NbN박막 사이의 접착력을 증가시키기 위하여 박막의 증착 초기에 이온주입과 증착을 동시에 수행하는 dynamic ion mixing공정을 수행하였다. NbN 박막의 특성을 평가하기 위해 XRD, XPS, AFM 등의 분석을 수행하였으며, 상대재인 초고분자량 폴리에틸렌의 마모량을 측정하기 위해 Pin-on-disk tester를 이용하여 마모 실험을 진행하였다. 마모 실험 결과, pre-ion implantation 공정을 도입한 경우 현재 상용화 되어있는 Co-Cr 합금에 비하여 마모량을 2배 이상 감소시키는 것을 확인 할 수 있었으며, dynamic ion mixing 공정을 도입한 경우 장시간의 마모 시험에 대한 마모 특성이 향상 되는 것을 확인 할 수 있었다.