• 한국재료학회지
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• 제5권1호
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• pp.87-95
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• 1995

Al과 Si사이에서 Ti의 충진처리가 확산방지막 성능에 미치는 영향에 대해서 조사하였다. TiN의 충진처리는 $450^{\circ}C$의 $N_{2}$ 분위기에서 30분간 열처리함으로써 행하였다. TEM 분석을 통해 갓 증착된 TiN의 결정립 사이에는 약 10-20$\AA$ 정도의 고체물질이 없거나 TiN에 비해 밀도가 매우 낮은 공간이 존재함을 알 수 있었다. 또한 충진처리된 TiN의 경우에는 이러한 공간의 폭이 10$\AA$ 이하로 줄어듦을 알 수 있었다. RBS와 AES 분석에 의해 갓 증착된 TiN는 dir 7at.% 정도의 산소를 함유하고 있었고, 충진처리된 TiN는 약 10-15at.%의 산소를 함유하고 있었다. 갓 증착된 TiN와 충진처리된 TiN를 확산방지막으로 시험한 결과, 갓 증착된 TiN는 $650^{\circ}C$, 1시간의 열처리 후에 Al 스파이크와 Si 패임자국의 형성으로 이해 파괴되었다. 하지만 충진처리된 TiN의 경우에는 같은 열처리 조건에서 Al 스파이크나 Si 패임자국을 전혀 찾아볼수 없었다. 따라서, TiN의 충진처리가 Al과 Si사이에서 확산 방지막 성능을 크게 향상시켜주는 효과가 있음을 알 수 있었다. 이와 같은 충진처리 효과는 TiN의 결정립계의 간격이 줄어듦에 의해서 빠른 확산 경로인 결정립계를 통한 확산이 감소하는 것에 기인하는 것으로 이해된다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2015년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.68-68
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• 2015

질화 티타늄(titanium nitride; TiN)은 색상이 미려하고 물리적 특성이 우수한 특성에도 불구하고 내산화성이 낮아 이를 해결하기 위해서 TiN에 Al을 첨가한 TiAlN 소재가 개발되었다. 하지만 난삭재 가공용 공구의 사용 온도가 $800^{\circ}C$이상인 점을 고려하여 $800^{\circ}C$ 이상의 고온 환경에서도 산화가 일어나지 않는 고경도 박막 소재가 요구되고 있으며 TiAlN 소재에 Si을 첨가하면 내산화성이 향상된다는 연구결과가 보고되고 있다. 본 연구에서는 음극 아크 증착과 스퍼터링을 동시에 이용한 하이브리드 공정으로 제조한 TiAlSiN 박막의 Si 함량에 따른 미세구조, 물리적 특성 그리고 내산화성을 평가하였다.

• 한국공작기계학회:학술대회논문집
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• 한국공작기계학회 2003년도 추계학술대회
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• pp.89-94
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• 2003

Hard coatings are known to improve the performance of cutting tools in aggressive machining applications, such as high speed machining. New superhard Ti-Al-Si-W films, characterized by a nanocomposite nano-sized (Ti,Al,Si)N crystallites embedded in amorphous $Si_3 N_4$ matrix, could be successfully synthesized on WC-Co substrates by a hybrid coating system of arc ion plating(AIP) and sputtering method. The hardness of Ti-Al-Si-N film increased with incorporation of Si, and had the maximum value ~50 GPa at the Si content of 9 at.%, respectively. And the X-ray diffraction patterns of Ti-Al-Si-N films with various Si content is investigated. In this study, Ti-Al-Si-N coatings were applied to end-mill tools made of WC-Co material by a hybrid coating system. Cutting tests fir the high-hardened material (STD11,$H_R$)C62 and their performances in high speed cutting conditions were studied. Also, the tool wear and tool lift of Ti-Al-Si-N with various si(6, 9, 19) contents were measured.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제29권10호
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• pp.665-670
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• 2016

Prevailing dissemination of machine tools and cutting technology have caused drastic developments of high speed dry machining with work materials of high hardness, and demands on the high-hardness-materials with high efficiency have become increasingly important in terms of productivity, cost reduction, as well as environment-friendly issue. Addition of Si to TiAlN has been known to form nano-composite coating with higher hardness of over 30 GPa and oxidation temperature over $1,000^{\circ}C$. However, it is not easy to add Si to TiAlN by using conventional PVD technologies. Therefore, Ti-Al-Si-N have been prepared by hybrid process of PVD with multiple target sources or PVD combined with PECVD of Si source gas. In this study, a single composite target of Ti-Al-Si was prepared by powder metallurgy of MA (mechanical alloying) and SPS (spark plasma sintering). Properties of he resulting alloying targets were examined. They revealed a microstructure with micro-sized grain of about $1{\sim}5{\mu}m$, and all the elements were distributed homogeneously in the alloying target. Hardness of the Ti-Al-Si-N target was about 1,127 Hv. Thin films of Ti-Al-Si-N were prepared by unbalanced magnetron sputtering method by using the home-made Ti-Al-Si alloying target. Composition of the resulting thin film of Ti-Al-Si-N was almost the same with that of the target. The thin film of Ti-Al-Si-N showed a hardness of 35 GPa and friction coefficient of 0.66.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2012년도 춘계학술발표회 논문집
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• pp.161-161
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• 2012

결정질 TiCrN과 AlSiN 나노층이 교대로 구성하는 나노 다층 TiAlCrSiN 박막은 음극 아크 플라즈마 증착법에 의해 증착되었다. 나노 다층 TiAlCrSiN 박막의 산화특성들은 $600{\sim}1000^{\circ}C$사이에서 대기 중 최대 70시간동안 연구 되었다. 형성된 산화물들은 주로 $Cr_2O_3$, ${\alpha}-Al_2O_3$, $SiO_2$ 그리고 rutile-$TiO_2$들로 구성되었다. 나노 다층 TiAlCrSiN 박막이 산화하는 동안, 가장 바깥쪽의 $TiO_2$층은 Ti 이온의 외부확산에 의해, 외부 $Al_2O_3$층은 Al이온의 외부확산에 의해 형성되었다. 동시에, 내부($Al_2O_3$, $Cr_2O_3$) 혼합층과 가장 안쪽의 $TiO_2$층은 산소이온의 내부확산에 의해 형성되었다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2016년도 추계학술대회 논문집
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• pp.189-189
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• 2016

In this study, the Al-rich AlTiSiN thin films that consisted of TiN/AlSiN nano-multilayers were deposited on the steel substrate by magnetron sputtering, and their high-temperature oxidation behavior was investigated, which has not yet been adequately studied to date. Since the oxidation behavior of the films depends sensitively on the deposition method and deposition parameters which affect their crystallinity, composition, stoichiometry, thickness, surface roughness, grain size and orientation, the oxidation studies under various conditions are imperative. AlTiSiN nano-multilayer thin films were deposited on a tool steel substrate, and their oxidation behavior of was investigated between 600 and $1000^{\circ}C$ in air. Since the amount of Al which had a high affinity for oxygen was the largest in the film, an ${\alpha}-Al_2O_3-rich$ scale formed, which provided good oxidation resistance. The outer surface scale consisted of ${\alpha}-Al_2O_3$ incoporated with a small amount of Ti, Si, and Fe. Below this outer surface scale, a thin ($Al_2O_3$, $TiO_2$, $SiO_2$)-intermixed scale formed by the inwardly diffusing oxygen. The film oxidized slower than the $TiO_2-forming$ kinetics and TiN films, but faster than ${\alpha}-Al_2O_3-forming$ kinetics. During oxidation, oxygen from the atmosphere diffused inwardly toward the reaction front, whereas nitrogen and the substrate element of iron diffused outwardly to a certain extent.

• 한국표면공학회지
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• 제47권5호
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• pp.252-256
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• 2014

The TiAlCrSiN film was deposited on the WC-20%TiC-10%Co carbide, and its oxidation behavior was examined at $700-1000^{\circ}C$. It displayed relatively good oxidation resistance owing to the formation of $TiO_2$, $Al_2O_3$, $Cr_2O_3$, and $SiO_2$ up to $900^{\circ}C$. However, at $1000^{\circ}C$, the fast oxidation rate and partial oxidation of WC in the substrate led to the formation of the thick, fragile oxide scale.

• 한국재료학회지
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• 제5권2호
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• pp.169-177
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• 1995

Cu와 Si사이의 확산방지막으로 1000$\AA$ 두께의 TiN의 특성에 대하여 면저항 측정, 식각패임자국 관찰, X선 회절, AES, TEM 등을 이용하여 조사하였다. TiN 확산방지막은 $550^{\circ}C$, 1시간의 열처리 후에 Cu의 안쪽 확산으로 인해 Si(111)면을 따라 결정결함(전위)을 형성하고, 전위 주위에 Cu 실리사이드로 보이는 석출물들을 형성함으로써 파괴되었다. Al의 경우와는 달리 Si 패임자국이 형성되지 안흔 것으로부터 TiN확산방지막의 파괴는 Cu의 안쪽 확산에 의해서만 일어나는 것을 알 수 있었다. 또한, Al의 경우에는 우수한 확산방지막 특성을 보여주었던 충진처리된 TiN가 Cu의 경우에는 거의 효과가 없는 것을 알 수 있었다. 이것은 Al의 경우에는 TiN의 결정립계에 존재하는 $TiO_{2}$가 Al과 반응하여 $Al_{2}O_{3}$를 형성함으로써 Al의 확산을 방해하는 화학적 효과가 매우 크지만, Cu의 경우에는 CuO 또는 $Cu_{2}O$와 같은 Cu 산화물은$TiO_{2}$에 비해서 열역학적으로 불안정하기 때문에 이러한 화학적 효과를 기대할 수 없으며, 따라서 충진처리 효과가 거의 없는 것으로 이해된다.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 1999년도 특별강연 및 춘계학술발표대회 개요집
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• pp.96-97
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• 1999

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.266-267
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• 2011

질화갈륨(GaN)은 높은 전자이동도 및 높은 항복전계를 가지며 낮은 온저항으로 인하여 에너지효율이 우수하기 때문에 고출력 전력소자 분야에서 많은 관심을 받고 있다. GaN을 이용한 고출력 전력소자의 경우 상용화 수준에 근접할 만한 기술적 진보가 있었으나, 페르미 레벨 고정(Fermi-level pinning) 현상, 소자의 누설전류 등 아직 해결되어야 할 문제를 갖고 있다. 본 연구에서는 실리콘 기판 위에 성장된 GaN 에피탁시를 활용한 고출력 전력소자의 누설전류를 억제시키기 위해 오믹 접합 중 Au의 상호확산을 억제하는 중간층 금속(Mo or Ni)을 변화시켰으며 오믹 열처리 온도에 따른 특성을 비교 연구하였다. $Cl_2$와 $BCl_3$를 이용하여 0.6 ${\mu}m$ 깊이의 메사 구조가 활성영역을 형성하였고, Si 도핑된 n-GaN 위에 Ti/Al/Mo/Au (20/100/25/200 nm) 와 Ti/Al/Ni/Au (20/100/25/200 nm) 오믹 접합을 각각 설계, 제작하였다. 오믹 열처리시의 GaN 표면오염을 방지하기 위해 $SiO_2$ 희생층을 증착하였다. 오믹 접합 형성을 위해 각 750$^{\circ}C$, 800$^{\circ}C$, 850$^{\circ}C$에서 30초간 열처리를 진행 하였으며, 이후 6 : 1 BOE 용액으로 $SiO_2$ 희생층을 제거하였다. 750, 800, 850$^{\circ}C$에서 Ti/Al/Mo/Au 구조의 오믹 접합 저항은 각 2.56, 2.34, 2.22 ${\Omega}$-mm 이었으며, Ti/Al/Ni/Au 구조의 오믹 접합 저항은 각 43.72, 2.64, 1.86 ${\Omega}$-mm이었다. Isolation 누설전류를 측정하기 위해서 두 개의 오믹 접합 사이에 메사 구조가 있는 테스트 구조를 제안하였다. Isolation 누설전류는 Ti/Al/Mo/Au 구조에서 두 오믹 접합 사이의 거리가 25 ${\mu}m$이고 100 V일 때 750, 800, 850 $^{\circ}C$의 열처리 온도에서 각 1.25 nA/${\mu}m$, 2.48 nA/${\mu}m$, 8.76 nA/${\mu}m$이었으며, Ti/Al/Ni/Au 구조에서는 각 1.58 nA/${\mu}m$, 2.13 nA/${\mu}m$, 96.36 nA/${\mu}m$이었다. 열처리 온도가 증가하며 오믹 접합 저항은 감소하였으나 isolation 누설전류는 증가하였다. 750$^{\circ}C$ 열처리에서 오믹 접합 저항은Ti/Al/Mo/Au 구조가 Ti/Al/Ni/Au 구조보다 약 17배 우수하였고, 850$^{\circ}C$ 고온의 열처리 경우 Ti/Al/Mo/Au 구조의 isolation 누설전류는 8.76 nA/${\mu}m$로 Ti/Al/Ni/Au의 누설전류 96.36 nA/${\mu}m$보다 약 11배 우수하였다. Ti/Al/Mo/Au가 Ti/Al/Ni/Au 보다 오믹 접합 저항과 isolation 누설전류 측면에서 전력용 GaN 소자에 적합함을 확인하였다.