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문제 정의
- 이러한 단점을 보완하기 위하여, 본 논문에서는 DLC 박막과 실리콘(Si) 기판 사이에 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 크롬(Cr)을 중간층으로 사용하여 DLC 박막의 기계적 특성을 향상시키는 연구를 했다.
제안 방법
- 등의 PVD법이 대표적이다. 이러한 여러 가지 합성법 중 RF-PECVD 방식은 대면적 증착이 용이하고 증착 속도가 빠르며 스텝 커버리지(step coverage)가 우수한 장점을 가지고 있기에 본 실험에서는 13.56 MHz의 RF-PECVD 방식으로 DLC 박막을 합성하였다.
- 본 실험에서는 DC magnetron sputtering 방법을 사용하여 금속(Cr Ni, Ti)층을 증착한 후, 각 금속층 위에 RF(radio frequency) PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition)법을 사용하여 DLC 박막을 합성하였다. 각 금속층의 두께는 10 nm로 맞추었고, DLC 박막의 합성 시간을 같게 하여 DLC 박막의 두께 차이에 따른 특성 변화는 배제하였다.
- 박막을 합성하였다. 각 금속층의 두께는 10 nm로 맞추었고, DLC 박막의 합성 시간을 같게 하여 DLC 박막의 두께 차이에 따른 특성 변화는 배제하였다.
- 그 후 sputtering 장비를 사용하여 초기 진공 IxlO-3 mtorr, 작업 진공 10 mborr에서 각 금속충을 중착하였다. DLC 박막을 합성하기 전 플라즈마의 안정화와 기판의 활성화를 위하여 수소 전처리 10분간 수행한 뒤, 메탄과 수소(CH4: 20 seem, H2: 80 seem) 가스를 사용하여 DLC 박막을 합성하였다. 두 실험의 중착 조건은 표 1에 정리하였다.
- 두 실험의 중착 조건은 표 1에 정리하였다. 박막의 두께는 a-step(Tencor alpha-step 500), FE-SEM(JEOL-JSM 6700F)을 사용하였고, 표면 상태는 AFM(Auto Probe CP Research)을 사용하여 분석했다. 또한 SIMS (PHI 7200 TOF-SIMS/S-ALI system)를 사용하여 DLC 박막의 depth profiled 확인하였다.
- 박막의 두께는 a-step(Tencor alpha-step 500), FE-SEM(JEOL-JSM 6700F)을 사용하였고, 표면 상태는 AFM(Auto Probe CP Research)을 사용하여 분석했다. 또한 SIMS (PHI 7200 TOF-SIMS/S-ALI system)를 사용하여 DLC 박막의 depth profiled 확인하였다. DLC 박막의 구조 분석은 Raman spectrometer(Jobin-YvonT 64000)를 사용하였고, XRDCPANalytical X'Pert PRO)를 사용하여 DLC 박막 합성 전후의 XRD 패턴을 확인하였다.
- 또한 SIMS (PHI 7200 TOF-SIMS/S-ALI system)를 사용하여 DLC 박막의 depth profiled 확인하였다. DLC 박막의 구조 분석은 Raman spectrometer(Jobin-YvonT 64000)를 사용하였고, XRDCPANalytical X'Pert PRO)를 사용하여 DLC 박막 합성 전후의 XRD 패턴을 확인하였다.
대상 데이터
- 실험에 사용된 실리콘 기판은 TCE(Trichloroeth-ylene), 아세톤(Acetone), 메탄을(Methanol), 증류수 (D.L water)를 사용하여 초음파 세척기에서 각각 10분씩 세척한 뒤, HF용액으로 자연 산화막을 제거하였다. 그 후 sputtering 장비를 사용하여 초기 진공 IxlO-3 mtorr, 작업 진공 10 mborr에서 각 금속충을 중착하였다.
- 있다. Raman 분석은 가시광선 영역의 514.5 nm의 파장을 갖는 아르곤(Ar) 레이저를 사용하였다. 이 스펙트럼은 전형적인 DLC 박막의 Raman 스펙트럼을 나타내고 있으며 [8], 1349 cm、'에서의 D 피크와 1547 cm"에서의 G 피크를 보여주고 있다.
- DLC 박막의 기계적 특성을 향상시키기 위하여 박막과 기판사이에 금속충을 사용하였다. SEM 이미지를 통하여 10 nm 두께의 금속층(Cr, Ti, Ni) 위에 25 nm 두께 의 DLC 박막이 중착되어진 것을 확인하였다.
- 기판사이에 금속충을 사용하였다. SEM 이미지를 통하여 10 nm 두께의 금속층(Cr, Ti, Ni) 위에 25 nm 두께 의 DLC 박막이 중착되어진 것을 확인하였다. 중착된 금속층 위에 DLC 박막을 합성함으로써 표면 거칠기가 변화된 것을 AFM 분석 결과를 통해 확인할 수 있었으며, XRD의 분석을 통하여 10 nm 두께의 금속충과 그 위에 DLC 박막증착 전후의 XRD 패턴을 확인하였다.
성능/효과
- 두 층의 SEM 이미지를 나타낸다. 각 이미지를 통하여 25 nm 두께의 DLC 박막과 10 nm 두께의 금속층이 실리콘 기판위에 복층으로 중착되어진 것을 확인할 수 있다.
- XRD 분석을 나타내었다. 얇은(10 nm) 금속층의 XRD 패턴은 각각 Cr(110), Ti(lOl), Ni(lll) 방향으로 결정성을 나타내고 있으며, DLC 박막 합성 전후의 XRD 피크의 위치가 같은 것으로 보아 DLC 박막의 합성은 금속층 결정성과는 무관하다고 할 수 있다.
- 이 스펙트럼은 전형적인 DLC 박막의 Raman 스펙트럼을 나타내고 있으며 [8], 1349 cm、'에서의 D 피크와 1547 cm"에서의 G 피크를 보여주고 있다. DLC 박막의 Raman 피크의 결과로 DLC 박막 내 탄소 결합이 일정하지 않고 다양한 결정을 갖는 비정질 재료임을 확인하였다
- 금속층 위에 증착한 DLC 박막의 합성 조건과 동일한 조건에서 4분간 증착한 DLC 박막(80 nm)의 depth profile을 보여주고 웃1다. 박막 표면에서 는 DLC 박막의 주성분인 탄소가 높은 비율을 나타내었고, 이후 실리콘 원소의 성분비가 높아지는 곳부터가 실리콘 기판임을 보여주고 있다. 또한, DLC 박막의 내부에서 탄소 대 수소의 비가 9 : 1으로 일정하게 유지되어짐을 확인할 수 있다.
- 박막 표면에서 는 DLC 박막의 주성분인 탄소가 높은 비율을 나타내었고, 이후 실리콘 원소의 성분비가 높아지는 곳부터가 실리콘 기판임을 보여주고 있다. 또한, DLC 박막의 내부에서 탄소 대 수소의 비가 9 : 1으로 일정하게 유지되어짐을 확인할 수 있다.
- SEM 이미지를 통하여 10 nm 두께의 금속층(Cr, Ti, Ni) 위에 25 nm 두께 의 DLC 박막이 중착되어진 것을 확인하였다. 중착된 금속층 위에 DLC 박막을 합성함으로써 표면 거칠기가 변화된 것을 AFM 분석 결과를 통해 확인할 수 있었으며, XRD의 분석을 통하여 10 nm 두께의 금속충과 그 위에 DLC 박막증착 전후의 XRD 패턴을 확인하였다. 금속층 위에 증착한 DLC 박막의 합성 조건과 같은 조건에서 4분간 증착한 DLC 박막의 Raman 분석을 통하여 전형적인 DLC 박막의 D 피크와 G 피크를 확인하였고, SIMS 분석으로 박막 내부에서 탄소 대 수소의 비가 9 : 1 로 일정하게 유지되어 지는 것을 확인할 수 있었다.
- 중착된 금속층 위에 DLC 박막을 합성함으로써 표면 거칠기가 변화된 것을 AFM 분석 결과를 통해 확인할 수 있었으며, XRD의 분석을 통하여 10 nm 두께의 금속충과 그 위에 DLC 박막증착 전후의 XRD 패턴을 확인하였다. 금속층 위에 증착한 DLC 박막의 합성 조건과 같은 조건에서 4분간 증착한 DLC 박막의 Raman 분석을 통하여 전형적인 DLC 박막의 D 피크와 G 피크를 확인하였고, SIMS 분석으로 박막 내부에서 탄소 대 수소의 비가 9 : 1 로 일정하게 유지되어 지는 것을 확인할 수 있었다.
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