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제안 방법
- OAD 방법을 이용한 TiN 박막의 구조 변화가 물성에 어떠한 영향을 주는지 알아보기 위해서 nanoindenter를 이용하여 경도와 탄성계수를 측정하였다.
- TiN 박막을 제조한 후 우선 색차계를 이용하여 시편에 따른 색상 변화를 관찰하였다. 그림 2는 색차계를 이용하여 TiN 박막의 색차를 분석한 결과를 보여주는 그래프이다.
- TiN 박막의 색상변화는 색차계(color difference meter)를 이용하여 분석하였고, 표면과 단면 형상은 주사전자현미경(scanning electron microscope; SEM)을 사용하여 관찰하였다. TiN 박막의 결정 구조는 x-선 회절기(X-ray diffraction; XRD)를 이용하여 분석하였으며 경도(hardness) 및 탄성계수(modulus)는 nanoindenter로 측정하였다9).
- TiN 박막의 색상변화는 색차계(color difference meter)를 이용하여 분석하였고, 표면과 단면 형상은 주사전자현미경(scanning electron microscope; SEM)을 사용하여 관찰하였다. TiN 박막의 결정 구조는 x-선 회절기(X-ray diffraction; XRD)를 이용하여 분석하였으며 경도(hardness) 및 탄성계수(modulus)는 nanoindenter로 측정하였다9).
- 다층의 경우는 제1층을 +45° 에서 제조하였다면 제2층은 기판의 기울어진 각도를 반대로 하여 −45°에서 제조하고 제3층은 다시 +45°에서 제조하는 식으로 박막을 제조하였다.
- 본 연구에서는 OAD 방법을 적용하면서 음극 아크증착을 이용하여 TiN 박막을 제조하고 그 특성을 비교하였다. OAD 방법을 이용한 단일층의 박막은 기판과의 거리 차이로 인해 기판의 부위에 따른 두께 편차가 발생하게 된다.
- 아르곤 가스와 질소 가스의 유량은 40 및 32 sccm으로 고정하였다. 비교를 위해 각도를 조절하지 않은 시편 3개를 제조하되 바이어스 및 기판온도를 변화시켜 제조하였다. OAD 시편은 45°의 각도에서 단일 및 3층으로 이루어진 다층막을 제조하였고, 상온 및 바이어스를 인가하지 않은 조건에서 제조하였다.
- 세정이 끝난 시편은 진공용기에 장착하고 10−6 torr 이하로 배기한 후에 아르곤 가스를 진공용기 내에 주입하여 7 × 10−4 torr의 압력에서 아크소스에 70 A의 아크 전류를 발생시키고 시편에 −400 V의 직류 전압을 인가하여 5분간 청정을 실시하였다.
- 세정이 끝난 시편은 진공용기에 장착하고 10−6 torr 이하로 배기한 후에 아르곤 가스를 진공용기 내에 주입하여 7 × 10−4 torr의 압력에서 아크소스에 70 A의 아크 전류를 발생시키고 시편에 −400 V의 직류 전압을 인가하여 5분간 청정을 실시하였다. 시편 청정이 끝나면 시편에 인가되었던 전압을 차단하고 질소 가스를 진공용기 내에 주입하여 TiN 박막을 제조하였다.
- 표 1에 시편번호 및 코팅조건을 나타내었다. 아르곤 가스와 질소 가스의 유량은 40 및 32 sccm으로 고정하였다. 비교를 위해 각도를 조절하지 않은 시편 3개를 제조하되 바이어스 및 기판온도를 변화시켜 제조하였다.
- 음극 아크증착 장치에서 빗각 증착 방법을 이용하여 단일 및 다층의 TiN 박막을 제조하고 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 다층의 경우는 제1층을 +45° 에서 제조하였다면 제2층은 기판의 기울어진 각도를 반대로 하여 −45°에서 제조하고 제3층은 다시 +45°에서 제조하는 식으로 박막을 제조하였다. 이렇게 제조된 TiN 박막은 미세조직 변화와 함께 색상변화 및 박막 조직의 배향성을 분석하였고, 경도와 탄성계수 등의 물성을 평가하고 증착조건에 따른 차이를 비교하였다.
- OAD 방법을 이용한 단일층의 박막은 기판과의 거리 차이로 인해 기판의 부위에 따른 두께 편차가 발생하게 된다. 이를 해결하기 위해 각도를 완전히 반대로 하여 2층 이상을 제조함에 의해 두께 편차를 줄인 다층의 형태로도 박막을 제조하였다. 다층의 경우는 제1층을 +45° 에서 제조하였다면 제2층은 기판의 기울어진 각도를 반대로 하여 −45°에서 제조하고 제3층은 다시 +45°에서 제조하는 식으로 박막을 제조하였다.
대상 데이터
- OAD 시편은 45°의 각도에서 단일 및 3층으로 이루어진 다층막을 제조하였고, 상온 및 바이어스를 인가하지 않은 조건에서 제조하였다.
- TiN 박막은 아크 소스가 장착된 아크증착 시스템을 이용하여 제조하였다. 본 연구에서 사용된 아크 증착 시스템의 개략도는 그림 1과 같다.
- 시편과 타겟 간의 거리는 30 cm이고 시편은 양방향으로 각도를 조절할 수 있는 기판홀더에 장착되어 −90°부터 +90°까지 위치 조절이 가능하다. 시편은 알코올과 아세톤으로 초음파 세척 된 냉간압연강판(이하 강판)과 스테인리스 강판(이하 SUS 강판)을 사용하였다. 세정이 끝난 시편은 진공용기에 장착하고 10−6 torr 이하로 배기한 후에 아르곤 가스를 진공용기 내에 주입하여 7 × 10−4 torr의 압력에서 아크소스에 70 A의 아크 전류를 발생시키고 시편에 −400 V의 직류 전압을 인가하여 5분간 청정을 실시하였다.
- 아크증착 시스템은 아크 소스와 시편 홀더, 가스주입구, 시편 가열장치 그리고 배기 장치로 구성되어 있고, 아크 소스에는 지름이 120 mm이고 순도 99.5%인 Ti 타겟이 부착되어 있다. 시편과 타겟 간의 거리는 30 cm이고 시편은 양방향으로 각도를 조절할 수 있는 기판홀더에 장착되어 −90°부터 +90°까지 위치 조절이 가능하다.
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