[논문]rf PECVD법으로 증착된 DLC film의 광학적 성질

김문협; 송재진; 김성진

rf PECVD법으로 증착된 DLC film의 광학적 성질
Optical Properties of Diamond Like Carbon Films Deposited by Plasma Enhanced CVD 원문보기

한국재료학회지 = Korean journal of materials research, v.11 no.7, 2001년, pp.550 - 555

김문협 (금오공과대학교 재료금속공학부) , 송재진 (한국전자(주), 종합연구소 제1R&D 센터) , 김성진 (금오공과대학교 재료금속공학부)

초록
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rf PECVB법을 이용하여 붕규산 유리 기판 위에 diamond like carbon(DLC) 박막을 증착하였다. 메탄(CH$_4$)-수소(H$_2$) 혼합 가스를 전구체 가스로 사용하였다. DLC 박막의 형상, 구조 및 광학적 특성은 SEM, 라만 및 UV 스펙트럼으로 분석하였다. 증착 속도는 혼합 가스의 수소 농도에 따라 증가하다가, 혼합 가스 유량이 25 sccm 이상에서는 일정하게 되었다. UV스펙트럼으로 계산한 박막의 optical band gap은 증착 시간과 DC serf bias의 증가에 따라 감소하는 경향을 나타냈으나, 수소함량에 의해서는 거의 영향이 없었다. 박막의 투과율에 가장 큰 영향을 미치는 인자는, 특히 자외선 영역과 가시광선 영역에서, bias 전압이었다.

Abstract ▼ AI-Helper

A diamond-like carbon(DLC) films were deposited on the borosilicate glass substrate by radio frequency plasma enhanced chemical deposition(rf-PECVD). The $methane(CH_4)-hydrogen(H_2)$ gas mixture was used as precursor gas. The morphologies, the structure and the optical properties of the DLC films were investigated by SEM, Raman and UV spectrometer. The deposition rate was slightly increased with the hydrogen concentration in the gas mixture and it maintained constant at over 25 sccm of the gas flow rate. The optical band gap calculated by UV spectra decreased with increase of deposition time and DC self bias, but that were not effected by hydrogen content. Most effective parameter on the transmittance of film was bias voltage, especially in the range of ultra violet and visible light.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

반응가스와 첨가가스의 유량은 mass flow controller(MFC) 로 조절하였다. DLC 박막 코팅에 사용된 기판은 붕규산 유리(borosilicate glass : Blc) 위에 증착하였으며, 기판을 증착 반응기에 장입하기 전에 유리기판의 이물질과 산화막을 제거하기 위해서 아세톤 및 trichloroethylene으로 5분간 초음파 세척한 후, 알코을로 다시 세척하고 질소가스를 분사시켜 건조한 후 반응기에 장입하였다. 반응기내에 장입된 기판을 Ar 플라즈마를 이용하여 100 W에서 10분간 rf sputter로 에 칭 하였다.
rf PECVD법을 이용하여 붕규산 유리 기판 위에 DLC 박막을 코팅하여 광학적 특성을 비교 검토하였으며, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
따라서 본 연구에서는 DLC 박막을 광학적으로 응용하기 위해 optical band gap의 변화를 유도하였으며, 그 방법으로는 PECVD법으로 박막을 형성시킴에 있어서 DC self bias, 반응가스의 유량변화 및 증착 시간을 변화시켰다. 이렇게 얻어진 시편은 UV스펙트럼을 이용하여 투과율을 조사하고, 두께변화는 스케일 바로 보정하여 촬영한 주사전자현미경 사진을 이용하였으며, 수소가스 첨가 시 막내의 I_D/I_G비율을 Raman 분석을 통해 관찰하였다.
5 nm)를 이용하여 100mW 에서 Raman scattering분석을 1000~2000cm^-1파수영역에서 행하였다. 또한 Raman스펙트럼의 deconvolution을 위해서 Gaussian line shape를 이용하여 각각의 Raman parameter와 I_D/I_G ratio를 측정하여^6,7), optical band gap의 변화와 상호 비교 검토하였다.
본 실험에서 얻어진 DLC 박막의 두께 측정은 스케일 바로 보정된(측정 오차 : ±3%) 주사전자현미경 사진을 이용하였으며, 증착 막의 optical band gap과 투과율을 알아보기 위해서는 UV스펙트럼을 이용하였고, 각 증착 조건에서 얻어진 증착 막의 결정구조 변화를 분석하기 위해서 Ar⁺ laser (514.5 nm)를 이용하여 100mW 에서 Raman scattering분석을 1000~2000cm^-1파수영역에서 행하였다. 또한 Raman스펙트럼의 deconvolution을 위해서 Gaussian line shape를 이용하여 각각의 Raman parameter와 I_D/I_G ratio를 측정하여^6,7), optical band gap의 변화와 상호 비교 검토하였다.
이렇게 얻어진 시편은 UV스펙트럼을 이용하여 투과율을 조사하고, 두께변화는 스케일 바로 보정하여 촬영한 주사전자현미경 사진을 이용하였으며, 수소가스 첨가 시 막내의 I_D/I_G비율을 Raman 분석을 통해 관찰하였다.

대상 데이터

있다. rf-generator(Max : 600W)의 주파수는 13.56 MHz이며, 증착 반응기는 스테인리스 강이며 전극의 직경은 각각 10cm인 capacitive type의 전극을 사용하였다. 이때 두 극간 거리는 2cm로 고정하였으며, 시편은 rf-power가 적용되는 음극 위에 을려놓고 증착을 행하였다.
본 연구에서 사용된 DLC 박막의 증착장치는 크게 rf-generator, 증착 반응기, 진공펌프 및 유량조절기로 구성되어 있다. rf-generator(Max : 600W)의 주파수는 13.

이론/모형

⁷⁾ DLC 박막 연구에서 Raman 스펙트럼을 분석하는데 많은 연구자들이 Gaussian line shape를 사용하였다.⁶⁾ 본 연구에서도 Raman 스펙트럼의 deconvolution을 Gaussian line shape를 이용하여 fitted Raman parameter를 얻었다.
본 실험에서는 플라즈마 CVD법에 속하는 rf-PECVD법을 이용하여 DLC 박막을 합성하였다. rf-PECVD법에 의한 박막 코팅처리는 기판에 rf(radio-frequency ; 13.

성능/효과

29μm까지 변화하는 것을 보여주고 있다. 그림 2는 증착 조건을 DC self bias -400V에서 증착시간을 30분으로 하고, 수소유량의 변화에 따른 증착 두께의 변화를 나타낸 것으로, 특히 수소유량이 (a) 20sccm에서 (b) 25sccm에서 막의 두께가 0.26μm에서 0.45μm로 증가하는 것을 보여주고 있으나 그 이상의 수소가스 첨가량에는 두께의 변화에 거의 영향을 받지 않는 것으로 나타났는데 이는 CH₄ 가스 10sccm과 반응할 수소가스의 량이 25 sccm 이면 충분하기 때문이라고 생각된다. 그림 3과 그림 5는 CH₄ 가스와 수소가스를 각각 10sccm, 25sccm 씩을 혼합하여 주입하면서 30분간 증착한 결과로, DC self bias를 (a) -200V일 때와 (b) -400V일 때의 박막의 두께는 0.
1) DLC 박막의 자외선 및 가시광선 영역에서의 투과율은 수소 함량에는 영향이 거의 없었으나 DC self bias 전압, 증착시간 변화에는 큰 영향울 받음을 알 수 있었다.
2) 박막에 대한 투과율을 비교 분석한 결과, 증착시간은 15~30분일 때와 self bias 전압은 -300~-400V 일 때 적외선 영역에서의 투과율 감소가 최소이면서 자외선 차단 효과가 우수한 증착 막을 얻을 수 있었다.
3) 증착시간이 증가함에 따라 D line 폭의 증가와 G line 폭의 감소로 인해 Id/Ig 비가 증가하였으며, 이 경우 박막 중의 흑연구조의 성향이 크게 되어 optical band gap이 감소하게 되므로 자외선 영역에서의 투과율이 크게 감소하는 것으로 나타났다.
특히 박막 내에 C-C결합뿐 아니라 C-H 결합이 혼재되어 있는 경우는 이온에너지를 좌우하는 증착조건에 따라 결합에너지가 상대적으로 약한 C-H 결합의 농도를 변화시킬 수 있는 것으로 알려져 있다.⁵⁾ 박막내의 C-H 결합에 의한 수소농도에 크게 의존하는 DLC 박막의 광학적 성질은 이온에너지의 크기를 결정짓는 공정변수에 의해 크게 달라질 것으로 예상되며, 공정변수의 적절한 조절에 의해 원하는 optical band gap을 가지는 DLC 박막의 합성이 가능하다.
본 실험에서 증착된 DLC 박막은 모든 조건에서 평활한 표면을 보였으며, 그림 1과 그림 4는 증착시간 변화에 대한 막의 두께변화를 나타냈으며, 증착조건은 CH₄ 가스와 수소가스를 각각 10sccm, 25sccm을 혼합하여 주입하고, DC self bias가 -400V일 때이다. 그림 1에서 보는 바와 같이 증착시간이 증가할수록 막의 두께는 증가하는 경향을 나타내고 있으며, 특히 10~30 min의 초기 증착 시에는 중 착 속도가 40 min 이후에 비해 더 큰 것으로 나타났는데 이것은 증착 초기의 경우 증착 량에 비해 스퍼터링 효과가 미약했기 때문인 것으로 예상된다.
붕규산 유리기판의 투과율은 스펙트럼 영역에서 거의 일정해서 92% 정도를 나타내고 있으며, 그 위에 DLC 코팅을 한 결과, 자외선과 가시광선 영역의 경계인 370nm에서 투과도를 비교하여 보면 확실히 차이가 나는 것을 볼 수 있다. DLC 코팅을 하지 않았을 경우 370nm 부근에서의 Blc 유리 기판의 투과도는 90% 이상 투과가 되지만 DLC 코팅을 한 경우 5% 이하인 것을 알 수 있으며, 증착 시간이 60분 이상이면 완전히 자외선이 차단되는 것을 볼 수 있다.
떨어지는 것으로 생각된다. 상기의 투과율 비교에서 증착 시간은 15분~30분 정도일 때와 self bias전압은 -300~-400V 일 때 적외선 영역에서의 투과율 감소를 최소로 하면서 자외선 차단효과가 우수한 증착 막을 얻을 수 있음을 알 수 있다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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