고분자 전해질 연료전지 (Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC)는 80℃ 정도의 온도에서 구동되며 에너지 변환효율이 높기 때문에 자동차, 휴대용 장치, 그리고 가정용 전력 공급원에 적합하다. PEMFC는 촉매, 전해질, 분리판 등으로 구성되어 있으며 그 중에서 분리판은 연료기체의 공급, 연료기체의 분리, 발생된 전자를 이송시키는 전극, 스택(...
고분자 전해질 연료전지 (Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC)는 80℃ 정도의 온도에서 구동되며 에너지 변환효율이 높기 때문에 자동차, 휴대용 장치, 그리고 가정용 전력 공급원에 적합하다. PEMFC는 촉매, 전해질, 분리판 등으로 구성되어 있으며 그 중에서 분리판은 연료기체의 공급, 연료기체의 분리, 발생된 전자를 이송시키는 전극, 스택(Stack)의 지지체, 그리고 발생 열을 전달하는 역할을 한다. 현재 PEMFC의 분리판은 내부식성과 전기전도도가 우수한 흑연계 재료가 사용되고 있지만 가공비가 비싸고 취성에 따른 내 충격성 문제 때문에 많은 부피를 차지하고 있는 단점이 있다. 따라서 흑연계 재료의 단점을 해결하기 위해 저렴한 가공성 및 전기 열 전도도가 우수한 금속을 분리판재료에 사용하기 위한 연구가 시도되고 있다. 하지만 금속 분리판의 경우 PEMFC의 운전조건에서 부식이 쉽게 발생하는 문제점이 있다. 부식이 발생하면 전극의 촉매 및 고분자 전해질을 오염시키고 금속표면에 형성되는 부동태 피막에 의해서 전기저항이 증가하여 PEMFC의 성능 및 수명을 감소시킨다. 본 연구에서는 금속의 부식을 방지하기 위해 마그네트론 스퍼터링을 사용하여 박막을 증착 하였으며 금속인 니오븀 (Nb), 전도성 화합물인 질화니오븀 (NbN), 그리고 유전성 화합물인 질화탄소 (CNx)의 특성을 연구 하였으며 NbN과 CNx를 반복적층 시켜 두 가지 재료의 장점을 모두 가질 수 있는 NbN/CNx 다층박막에 대한 연구도 진행 하였다. 공정압력, 바이어스 인가, 기판온도 상승 등의 스퍼터링 공정조건를 변화시키며 분리판에 적용하기 위한 최적의 박막을 생성하기 위한 조건을 도출하였다. 생성된 박막의 물성을 분석하기 위해 FE-SEM, XRD, Profilometer, XPS, Raman spectroscopy등을 사용하였고 PEMFC의 환경에서 요구되는 물성을 평가하기 위해 동전위 및 정전위 분극시험, 침지시험, 그리고 계면접촉저항측정을 실시하였다. PEMFC용 금속분리판의 적용을 위해 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 순수한 금속인 니오븀 (Nb)을 증착한 경우 Nb 박막은 불활성 가스로 물리화학적인 반응이 없이 스퍼터링 되기 때문에 스퍼터링의 메커니즘에 따르는 물성을 나타났었으며 PEMFC에 적용하기 위한 시험에서도 스퍼터링 메커니즘에 따라 예측한 방향으로 결과가 도출되었다. 공정압력의 경우 압력이 가장 낮은 3 mTorr에서 부식전류밀도가 10^(-7) ~ 10^(-6) A/㎝², 계면접촉저항이 1.8 ㏁×㎝²으로 가장 우수한 물성을 나타내었으며 바이어스의 증가와 기판온도의 증가에 따라 부식전류밀도와 계면접촉저항이 감소하였다. 스퍼터링 공정 중 인가된 에너지가 높을 때는 Nb의 부동태 피막이 형성되기 어려워 부식전류밀도가 높아지고 증가된 결정입계로 인해 계면접촉저항이 상승하였다. 실제 단위전지에 적용하여 평가하였을 때 상업용 흑연분리판과 거의 유사한 성능을 유지하였으며 내구성도 우수하였다. PEMFC에 금속분리판을 적용하기 위한 NbN 박막은 전도성 질화물로서 계면접촉저항이 금속인 Nb 보다 조금 더 높은 5~ 10 ㏁×㎝²정도 이며 반응성 가스인 질소를 사용하여 질화물을 생성시키기 때문에 주입된 질소 비에 따라 재료의 물성과 결정구조의 변화가 나타났으며 ㏗의 변화에 따라 핀홀 현상과 응집현상이 나타났다. 질소 비가 0.5이상일 때 완전한 질화물을 형성하였으며 부식전류밀도가 5.15 X 10-5 ~ 8.89 X 10-5 A/㎝², 정도로 측정되었다. 질소 비가 0.5일 때 계면접촉저항이 가장 높고 질소 비 증감에 따라 대칭적으로 계면접촉저항의 증감경향이 나타나며 화합물의 질소 함량에 따라 전기 저항이 변화하였다. 바이어스를 -400 V 인가하였을 때 시험 초기부터 부동태를 형성하지만 분극의 흔들림이 나타났으며 바이어스를 -100 V를 인가한 NbN 박막은 부동태의 생성 후 에 일정한 분극을 나타내어 PEMFC에 더 적함을 나타내었다. 비대칭 펄스DC 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 유전체인 질화탄소 (CNx)를 증착하였으며 Frequency의 변화를 통해 거대입자의 제어와 내부식성의 영향을 판단하였다. 또한 니오븀을 중간층으로 사용하여 밀착력의 증가에 따른 내부식성을 평가하였다. Frequency가 증가할수록 내부식성이 강한 sp3 C-N의 함량이 많아지고 거대입자의 감소로 인해 전해액의 침투가 줄어들었으며 중간층의 증착은 내부식성을 향상시켜 내부식성이 향상되었다. 모든 공정조건의 변화에서 동일하게 나타난 현상은 CNx 박막내의 sp3 C-N의 함량이 많을 때 내부식성이 증가하였으며 Frequency, 바이어스 그리고 기판온도처럼 스퍼터된 이온의 에너지를 증가시킬 때 sp3 C-N의 박막 내 함량이 증가되는 것으로 판단되었다. 또한 sp3 C-N이 75 %이상 존재할 때 부식전류밀도는 10-7 ~ - 10-8 A/㎝²,을 유지하여 아주 우수한 내부식성을 나타내었다. NbN과 CNx의 두께 비를 조절하며 적층시켜 NbN/CNx 박막을 제조 하였다. 8 층 이상으로 적층 하였을 때 면저항이 급격히 감소하였으며 CNx 박막의 두께가 줄어들고 NbN박막의 두께가 증가할 때 면저항이 줄어들었다. 다층박막에서 각 층을 이루고 있는 재료가 벌크한 물성과 같아지는 임계두께가 존재하였으며 임계두께보다 두꺼운 박막에서는 결정화도가 증가할 수록 원래 소재의 특성이 배가되고 반대로 임계 두께 이하일 때는 결정화도가 증가하여도 치밀한 박막층을 형성하지 못해 확산을 막아주는 장벽의 역할을 하지 못함을 나타냈었으며 CNx 박막의 임계 박막 두께는 약 25 ~ 30 ㎚ 정도로 나타났다. NbN/CNx 다층박막의 내부식성도 전기전도도의 경향과 유사하였으며 임계두께 보다 두꺼운 두께를 가지는 2:3의 비율을 가진 NbN/CNx 다층박막의 경우 분극시험 후에 층의 수가 10층만 남아 부식이 약한 층을 분해시키는 거동이며 임계두께인 3:2의 비율을 가진 NbN/CNx 다층박막은 전해액을 침투를 방해 하였기 때문에 제일 상층인 CNx층 하나만 소실되고 15층이 건재하였다. 따라서 NbN/CNx 다층박막 내에서 CNx 박막의 두께가 3:2의 조건인 약 25 ㎚을 유지할 때 가장 우수한 내 부식성을 가지는 NbN/CNx 다층박막을 형성할 수 있으며 그 두께를 임계두께라 지칭하였다.
고분자 전해질 연료전지 (Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC)는 80℃ 정도의 온도에서 구동되며 에너지 변환효율이 높기 때문에 자동차, 휴대용 장치, 그리고 가정용 전력 공급원에 적합하다. PEMFC는 촉매, 전해질, 분리판 등으로 구성되어 있으며 그 중에서 분리판은 연료기체의 공급, 연료기체의 분리, 발생된 전자를 이송시키는 전극, 스택(Stack)의 지지체, 그리고 발생 열을 전달하는 역할을 한다. 현재 PEMFC의 분리판은 내부식성과 전기전도도가 우수한 흑연계 재료가 사용되고 있지만 가공비가 비싸고 취성에 따른 내 충격성 문제 때문에 많은 부피를 차지하고 있는 단점이 있다. 따라서 흑연계 재료의 단점을 해결하기 위해 저렴한 가공성 및 전기 열 전도도가 우수한 금속을 분리판재료에 사용하기 위한 연구가 시도되고 있다. 하지만 금속 분리판의 경우 PEMFC의 운전조건에서 부식이 쉽게 발생하는 문제점이 있다. 부식이 발생하면 전극의 촉매 및 고분자 전해질을 오염시키고 금속표면에 형성되는 부동태 피막에 의해서 전기저항이 증가하여 PEMFC의 성능 및 수명을 감소시킨다. 본 연구에서는 금속의 부식을 방지하기 위해 마그네트론 스퍼터링을 사용하여 박막을 증착 하였으며 금속인 니오븀 (Nb), 전도성 화합물인 질화니오븀 (NbN), 그리고 유전성 화합물인 질화탄소 (CNx)의 특성을 연구 하였으며 NbN과 CNx를 반복적층 시켜 두 가지 재료의 장점을 모두 가질 수 있는 NbN/CNx 다층박막에 대한 연구도 진행 하였다. 공정압력, 바이어스 인가, 기판온도 상승 등의 스퍼터링 공정조건를 변화시키며 분리판에 적용하기 위한 최적의 박막을 생성하기 위한 조건을 도출하였다. 생성된 박막의 물성을 분석하기 위해 FE-SEM, XRD, Profilometer, XPS, Raman spectroscopy등을 사용하였고 PEMFC의 환경에서 요구되는 물성을 평가하기 위해 동전위 및 정전위 분극시험, 침지시험, 그리고 계면접촉저항측정을 실시하였다. PEMFC용 금속분리판의 적용을 위해 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 순수한 금속인 니오븀 (Nb)을 증착한 경우 Nb 박막은 불활성 가스로 물리화학적인 반응이 없이 스퍼터링 되기 때문에 스퍼터링의 메커니즘에 따르는 물성을 나타났었으며 PEMFC에 적용하기 위한 시험에서도 스퍼터링 메커니즘에 따라 예측한 방향으로 결과가 도출되었다. 공정압력의 경우 압력이 가장 낮은 3 mTorr에서 부식전류밀도가 10^(-7) ~ 10^(-6) A/㎝², 계면접촉저항이 1.8 ㏁×㎝²으로 가장 우수한 물성을 나타내었으며 바이어스의 증가와 기판온도의 증가에 따라 부식전류밀도와 계면접촉저항이 감소하였다. 스퍼터링 공정 중 인가된 에너지가 높을 때는 Nb의 부동태 피막이 형성되기 어려워 부식전류밀도가 높아지고 증가된 결정입계로 인해 계면접촉저항이 상승하였다. 실제 단위전지에 적용하여 평가하였을 때 상업용 흑연분리판과 거의 유사한 성능을 유지하였으며 내구성도 우수하였다. PEMFC에 금속분리판을 적용하기 위한 NbN 박막은 전도성 질화물로서 계면접촉저항이 금속인 Nb 보다 조금 더 높은 5~ 10 ㏁×㎝²정도 이며 반응성 가스인 질소를 사용하여 질화물을 생성시키기 때문에 주입된 질소 비에 따라 재료의 물성과 결정구조의 변화가 나타났으며 ㏗의 변화에 따라 핀홀 현상과 응집현상이 나타났다. 질소 비가 0.5이상일 때 완전한 질화물을 형성하였으며 부식전류밀도가 5.15 X 10-5 ~ 8.89 X 10-5 A/㎝², 정도로 측정되었다. 질소 비가 0.5일 때 계면접촉저항이 가장 높고 질소 비 증감에 따라 대칭적으로 계면접촉저항의 증감경향이 나타나며 화합물의 질소 함량에 따라 전기 저항이 변화하였다. 바이어스를 -400 V 인가하였을 때 시험 초기부터 부동태를 형성하지만 분극의 흔들림이 나타났으며 바이어스를 -100 V를 인가한 NbN 박막은 부동태의 생성 후 에 일정한 분극을 나타내어 PEMFC에 더 적함을 나타내었다. 비대칭 펄스 DC 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 유전체인 질화탄소 (CNx)를 증착하였으며 Frequency의 변화를 통해 거대입자의 제어와 내부식성의 영향을 판단하였다. 또한 니오븀을 중간층으로 사용하여 밀착력의 증가에 따른 내부식성을 평가하였다. Frequency가 증가할수록 내부식성이 강한 sp3 C-N의 함량이 많아지고 거대입자의 감소로 인해 전해액의 침투가 줄어들었으며 중간층의 증착은 내부식성을 향상시켜 내부식성이 향상되었다. 모든 공정조건의 변화에서 동일하게 나타난 현상은 CNx 박막내의 sp3 C-N의 함량이 많을 때 내부식성이 증가하였으며 Frequency, 바이어스 그리고 기판온도처럼 스퍼터된 이온의 에너지를 증가시킬 때 sp3 C-N의 박막 내 함량이 증가되는 것으로 판단되었다. 또한 sp3 C-N이 75 %이상 존재할 때 부식전류밀도는 10-7 ~ - 10-8 A/㎝²,을 유지하여 아주 우수한 내부식성을 나타내었다. NbN과 CNx의 두께 비를 조절하며 적층시켜 NbN/CNx 박막을 제조 하였다. 8 층 이상으로 적층 하였을 때 면저항이 급격히 감소하였으며 CNx 박막의 두께가 줄어들고 NbN박막의 두께가 증가할 때 면저항이 줄어들었다. 다층박막에서 각 층을 이루고 있는 재료가 벌크한 물성과 같아지는 임계두께가 존재하였으며 임계두께보다 두꺼운 박막에서는 결정화도가 증가할 수록 원래 소재의 특성이 배가되고 반대로 임계 두께 이하일 때는 결정화도가 증가하여도 치밀한 박막층을 형성하지 못해 확산을 막아주는 장벽의 역할을 하지 못함을 나타냈었으며 CNx 박막의 임계 박막 두께는 약 25 ~ 30 ㎚ 정도로 나타났다. NbN/CNx 다층박막의 내부식성도 전기전도도의 경향과 유사하였으며 임계두께 보다 두꺼운 두께를 가지는 2:3의 비율을 가진 NbN/CNx 다층박막의 경우 분극시험 후에 층의 수가 10층만 남아 부식이 약한 층을 분해시키는 거동이며 임계두께인 3:2의 비율을 가진 NbN/CNx 다층박막은 전해액을 침투를 방해 하였기 때문에 제일 상층인 CNx층 하나만 소실되고 15층이 건재하였다. 따라서 NbN/CNx 다층박막 내에서 CNx 박막의 두께가 3:2의 조건인 약 25 ㎚을 유지할 때 가장 우수한 내 부식성을 가지는 NbN/CNx 다층박막을 형성할 수 있으며 그 두께를 임계두께라 지칭하였다.
The polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) can be used as the source for an automobile transportation, the portable devices and stationary power generator because it has some unique properties such as fast and easy start-up at 80 ℃ temperature, high power density and chemical efficiency. The...
The polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) can be used as the source for an automobile transportation, the portable devices and stationary power generator because it has some unique properties such as fast and easy start-up at 80 ℃ temperature, high power density and chemical efficiency. The bipolar plate among the PEMFC components such as catalyst, electrolyte, bipolar plates, is very important part for the PEMFC as it has the following roles; (1) transfer of fuel gas, (2) separation of fuel gases, (3) electrode for electron transfer, (4) supporting the stack, and (6) generated thermal transfer. On these days, graphite based materials, which have good electric conductivity and corrosion resistance, were used for bipolar plates in PEMFC. However, it has higher manufacture cost and must use large volume because of brittle property of graphite. Many researches of metal for bipolar platein PEMFC are attempted for application. Because, metal has advantage such as easily manufacture, higher electric and thermal conductivity. But, metal bipolar plate is easily corroded in operation condition of PEMFC. When corrosion washappened, catalyst and polymer electrolyte of electrode were poisoned and electric resistance is increased due to generated passive film on the metal surface during operation. Thus, performance and life time of PEMFC is decreased. In this study, metalNb, NbN of conductive compound materials and CNx of dielectric compound materials were deposited to protect the corrosion of metal bipolar plates with magnetron sputtering. The multilayer consisting of NbN and CNx thin films forgood conductivity and corrosion resistance, respectively, that is deposited on the stainless steel to investigate the optimum conditions for the use as bipolar plates for PEMFC. The working pressure, the bias voltage, and substrate temperature of process parameters were changed to modify the thin film for bipolar plate. Properties of thin film were analyzed by FE-SEM, XRD, Profilometer, XPS and Raman spectroscopy. Also, the required properties in simulated PEMFC environment were measured by the potentiodynamic, potentiostatic, immersion and interfacial contact resistance test. In case of metal Nb thin films deposited with magnetron sputtering to use for metallic bipolar plate in PEMFC, properties of Nb thin films were appeared with related to sputtering mechanism as the film was sputtered without physic-chemical reaction with inert gas. Also, in case of test in simulated PEMFC environment, its results were related to sputtering mechanism. In working pressure, corrosion current density and ICR shown 10^(-7) ~ 10^(-6) A/㎝²,and 1.8 mOhm x ㎝²at 3 mTorr that was lowest working pressure. Corrosion current density and ICR were decreased as increasing of bias and substrate temperature. But, when the high energy momentum was applied during sputtering process, corrosion current density was increased. Because, passive film on the surface of Nb film wasn’t easily formed. Also, value of ICR was increased with increased grain boundary. When the single cell was applied, performance and durability of Nb bipolar plates appeared very similar with commercial graphite bipolar plate. The niobium nitride (NbN) for application of metal bipolar plate in PEMFC has interfacial contact resistance(ICR) value of approximate 5~ 10 ㏁×㎝² that is higher than metal niobium because NbN is conductive nitride. Change of properties and crystal structure nitrogen was appeared due to ratio of nitrogen because NbN was deposited using nitrogen reactive gas. And the effect of pinhole and aggregation was observed with change of ㏗ Fully nitride was synthesized when the over 0.5 ratio of nitrogen was supplied. And corrosion current density was measured between 5.15 X 10^(-5) and 8.89 X 10^(-5) A/㎝². Highest ICR value in ratio of nitrogen was measured at 0.5. The symmetrical values of ICR were appeared with more and less ratio of nitrogen. Also, ICR value was changed with amount of nitrogen in NbN thin film. The vibration of polarization curve, which NbN thin film deposited with bias -400 V, was observed although earlier created passive film. However NbN thin film with bias -100 V appeared constant polarization curve after creation of passive film. The carbon nitride (CNx) thin film, dielectric material, was deposited with asymmetric bipolar pulsed DC sputtering. And suspension of macroparticle and corrosion behavior was considered with changing of frequency. Also corrosion behavior was evaluated with improved adhesion by niobium interlayer between CNx thin film and substrate. When the frequency increased, corrosion solution wasn’t easily penetrated with decreased quantity of macroparticles. Also, deposited interlayer increased corrosion resistivity. It is appeared in process parameters about CNx thin films that increased energy of sputtered ions through changing of frequency, bias, and substrate temperature lead to increased ratio of sp³ C-N in the film and it gave higher corrosion resistivity. When the ratios of sp³ C-N existover 75%, the CNx thin films have good corrosion resistance. At that time, the corrosion current density was kept between 10^(-7)and - 10^(-8) A/㎠.The NbN/CNx multilayer thin films were deposited by control of thickness both NbN film and CNx film. The sheet resistance was rapidly decreased with stacking over 8 layers. Also it was decreased with decreased thickness of CNx film and increased NbN film. The critical thickness, which appeared similar bulk properties, was existed. The original properties were increased with increased crystalline in thicker film than critical thickness. However, the original properties were decreased with increased crystalline below the critical thickness. Because, the thinner film could not be promoted to play diffusion barrier. So, critical thickness of CNx film was concluded approximately 35 ~ 40 ㎚. Tendency of corrosion resistance of NbN/CNx multilayer thin film was similar with tendency of sheet resistance. The corrosion behavior of film, which NbN/CNx film deposited with 2:3 ratio of thickness, was dissolution. Because 10 layers of film were observed after potentio-static test. The NbN/CNx film, which deposited with 3:2 ratio of thickness, maintained corrosion resistance after potentio-static test. Because, 15 layers were kept except destructed top layer. So, we just suggest that critical thickness prevent penetrating of corrosion solution. Also, best corrosion resistance in NbN/CNx multilayer was obtained. The critical thickness is 25 ㎚ of CNx film thickness to keep corrosion resistance in NbN/CNx multilayer film.
The polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) can be used as the source for an automobile transportation, the portable devices and stationary power generator because it has some unique properties such as fast and easy start-up at 80 ℃ temperature, high power density and chemical efficiency. The bipolar plate among the PEMFC components such as catalyst, electrolyte, bipolar plates, is very important part for the PEMFC as it has the following roles; (1) transfer of fuel gas, (2) separation of fuel gases, (3) electrode for electron transfer, (4) supporting the stack, and (6) generated thermal transfer. On these days, graphite based materials, which have good electric conductivity and corrosion resistance, were used for bipolar plates in PEMFC. However, it has higher manufacture cost and must use large volume because of brittle property of graphite. Many researches of metal for bipolar platein PEMFC are attempted for application. Because, metal has advantage such as easily manufacture, higher electric and thermal conductivity. But, metal bipolar plate is easily corroded in operation condition of PEMFC. When corrosion washappened, catalyst and polymer electrolyte of electrode were poisoned and electric resistance is increased due to generated passive film on the metal surface during operation. Thus, performance and life time of PEMFC is decreased. In this study, metalNb, NbN of conductive compound materials and CNx of dielectric compound materials were deposited to protect the corrosion of metal bipolar plates with magnetron sputtering. The multilayer consisting of NbN and CNx thin films forgood conductivity and corrosion resistance, respectively, that is deposited on the stainless steel to investigate the optimum conditions for the use as bipolar plates for PEMFC. The working pressure, the bias voltage, and substrate temperature of process parameters were changed to modify the thin film for bipolar plate. Properties of thin film were analyzed by FE-SEM, XRD, Profilometer, XPS and Raman spectroscopy. Also, the required properties in simulated PEMFC environment were measured by the potentiodynamic, potentiostatic, immersion and interfacial contact resistance test. In case of metal Nb thin films deposited with magnetron sputtering to use for metallic bipolar plate in PEMFC, properties of Nb thin films were appeared with related to sputtering mechanism as the film was sputtered without physic-chemical reaction with inert gas. Also, in case of test in simulated PEMFC environment, its results were related to sputtering mechanism. In working pressure, corrosion current density and ICR shown 10^(-7) ~ 10^(-6) A/㎝²,and 1.8 mOhm x ㎝²at 3 mTorr that was lowest working pressure. Corrosion current density and ICR were decreased as increasing of bias and substrate temperature. But, when the high energy momentum was applied during sputtering process, corrosion current density was increased. Because, passive film on the surface of Nb film wasn’t easily formed. Also, value of ICR was increased with increased grain boundary. When the single cell was applied, performance and durability of Nb bipolar plates appeared very similar with commercial graphite bipolar plate. The niobium nitride (NbN) for application of metal bipolar plate in PEMFC has interfacial contact resistance(ICR) value of approximate 5~ 10 ㏁×㎝² that is higher than metal niobium because NbN is conductive nitride. Change of properties and crystal structure nitrogen was appeared due to ratio of nitrogen because NbN was deposited using nitrogen reactive gas. And the effect of pinhole and aggregation was observed with change of ㏗ Fully nitride was synthesized when the over 0.5 ratio of nitrogen was supplied. And corrosion current density was measured between 5.15 X 10^(-5) and 8.89 X 10^(-5) A/㎝². Highest ICR value in ratio of nitrogen was measured at 0.5. The symmetrical values of ICR were appeared with more and less ratio of nitrogen. Also, ICR value was changed with amount of nitrogen in NbN thin film. The vibration of polarization curve, which NbN thin film deposited with bias -400 V, was observed although earlier created passive film. However NbN thin film with bias -100 V appeared constant polarization curve after creation of passive film. The carbon nitride (CNx) thin film, dielectric material, was deposited with asymmetric bipolar pulsed DC sputtering. And suspension of macroparticle and corrosion behavior was considered with changing of frequency. Also corrosion behavior was evaluated with improved adhesion by niobium interlayer between CNx thin film and substrate. When the frequency increased, corrosion solution wasn’t easily penetrated with decreased quantity of macroparticles. Also, deposited interlayer increased corrosion resistivity. It is appeared in process parameters about CNx thin films that increased energy of sputtered ions through changing of frequency, bias, and substrate temperature lead to increased ratio of sp³ C-N in the film and it gave higher corrosion resistivity. When the ratios of sp³ C-N existover 75%, the CNx thin films have good corrosion resistance. At that time, the corrosion current density was kept between 10^(-7)and - 10^(-8) A/㎠.The NbN/CNx multilayer thin films were deposited by control of thickness both NbN film and CNx film. The sheet resistance was rapidly decreased with stacking over 8 layers. Also it was decreased with decreased thickness of CNx film and increased NbN film. The critical thickness, which appeared similar bulk properties, was existed. The original properties were increased with increased crystalline in thicker film than critical thickness. However, the original properties were decreased with increased crystalline below the critical thickness. Because, the thinner film could not be promoted to play diffusion barrier. So, critical thickness of CNx film was concluded approximately 35 ~ 40 ㎚. Tendency of corrosion resistance of NbN/CNx multilayer thin film was similar with tendency of sheet resistance. The corrosion behavior of film, which NbN/CNx film deposited with 2:3 ratio of thickness, was dissolution. Because 10 layers of film were observed after potentio-static test. The NbN/CNx film, which deposited with 3:2 ratio of thickness, maintained corrosion resistance after potentio-static test. Because, 15 layers were kept except destructed top layer. So, we just suggest that critical thickness prevent penetrating of corrosion solution. Also, best corrosion resistance in NbN/CNx multilayer was obtained. The critical thickness is 25 ㎚ of CNx film thickness to keep corrosion resistance in NbN/CNx multilayer film.
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