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문제 정의
- 전해연마는 일반적으로 사용되는 단극(unipolar)법을 이용할 경우 전극접촉부에서 스크래치 또는 오염이 발생하므로 이극(bipolar)법을 이용하였으며 연속적으로 고속 연마를 실시하였다[2]. 전해연마 조건으로는 연마시간, 전해액온도, 전해전류밀도, 전해액 등이 있으며 01 조건둘믈 적절히 조합하여 최소 거칠기를 가진 판재를 제조하고자 하였다. 연마 후 표면을 AFM, SEM 및 Nomarski 현미경을 이용하여 표면 거칠기와 형상을 분석하였다.
제안 방법
- Hastelloy 기판을 12 m/h 속도로 고속 전해연마한 후 표면 거칠기를 AFM을 이용하여 측정하였다. 5 X 5 ㎛2 면적에서 2nm 이하의 양호한 RMS 거칠기를 나타내었으며 기판길이 방향으로의 입계 및 스크래치에 의한 연속적인 경사도 변화를 알아보기 위하여 Nomarski 현미경을 이용하였다.
- AI2O3는 700P 이상의 고온에서 초전도층 증착시 금속기판으로부터의 확산을 방지하기위한 목적이며 특히 입계로의 확산을 방지하기 위하여 비 정질상으로 증착되었다. 또한 치 밀한 A1 고 03 증착층이 요구되므로 증착시 이온빔을 조사하여 밀도 향상을 꾀하였다. 이후 seed층으로 비정질상의 Y2O3층을 10nm 정도 증착한 후 XRD측정결과 Hastelloy peak 이외 다른 peak 은 나타나지 않았으며 AFM 측정결과 Hastelloy와 거의 유사한 표면 거칠기를 나타내었다.
- 전해연마 조건으로는 연마시간, 전해액온도, 전해전류밀도, 전해액 등이 있으며 01 조건둘믈 적절히 조합하여 최소 거칠기를 가진 판재를 제조하고자 하였다. 연마 후 표면을 AFM, SEM 및 Nomarski 현미경을 이용하여 표면 거칠기와 형상을 분석하였다. 전해연마된 기판은 전자빔증발장치를 이용하여 AI2O3 박막을 비정질상으로 증착하였으며 이후 Y2O3 층을 비정질상으로 얇게 증착하였다.
- 하지만긴 선재에서도 우수한 이축 배향성을 나타내기 위해서는 최초 기판재의 거칠기가 매우 중요하다. 연속적으로 긴 금속 기판재의 거칠기를 낮추기 위하여 기계적인 연마 대신 전해연마법을 이용하였다.
- 증착된 기판은 다시 IBAD장치를 이용하여 이축배향된 IBAD・MgO 박막을 증착하였다. 이때 MgO층의 이축배향 특성을 확인하고자 장비에 장착되어 있는 RHEED(Reflection high energy electron diffraction)를 이용하여 spot 강도를 관찰하였다[3]. 이후 에피텍셜한 MgO 층을 증착하였으며 이때에도 최적증착 조건 및 두께를 알아보기 위하여 RHEED를 관찰하였다.
- 이때 MgO층의 이축배향 특성을 확인하고자 장비에 장착되어 있는 RHEED(Reflection high energy electron diffraction)를 이용하여 spot 강도를 관찰하였다[3]. 이후 에피텍셜한 MgO 층을 증착하였으며 이때에도 최적증착 조건 및 두께를 알아보기 위하여 RHEED를 관찰하였다. 증착된 刀판은 이축배향 특성분석을 위해 XRD를 이용하였으며, 또한 SEM을 이용하여 단면 및 표면을 분석하였다.
- 이후 에피텍셜한 MgO 층을 증착하였으며 이때에도 최적증착 조건 및 두께를 알아보기 위하여 RHEED를 관찰하였다. 증착된 刀판은 이축배향 특성분석을 위해 XRD를 이용하였으며, 또한 SEM을 이용하여 단면 및 표면을 분석하였다.
- 전해연마된 기판은 전자빔증발장치를 이용하여 AI2O3 박막을 비정질상으로 증착하였으며 이후 Y2O3 층을 비정질상으로 얇게 증착하였다. 증착된 기판은 다시 IBAD장치를 이용하여 이축배향된 IBAD・MgO 박막을 증착하였다. 이때 MgO층의 이축배향 특성을 확인하고자 장비에 장착되어 있는 RHEED(Reflection high energy electron diffraction)를 이용하여 spot 강도를 관찰하였다[3].
- 초전도 박막선재 제조를 위해 이축배향된 IBAD-MgO 박막을 제조하였으며 이축배향 튝성을 RHEED 와 XRD를 이용하여 분석할 수 있었다.
대상 데이터
- 전해연마된 Hastelloy기판에 e-beam 증착장치를 이용하여 AI2O3를 lOOnm 이상 두께로 증착하였다. AI2O3는 700P 이상의 고온에서 초전도층 증착시 금속기판으로부터의 확산을 방지하기위한 목적이며 특히 입계로의 확산을 방지하기 위하여 비 정질상으로 증착되었다.
- 초전도박막선재용 IBAD-MgO기판을 제조하기위하여 폭 10mm, 두께 0.1mm의 고강도 Hastelloy C276금속판재를 이용하였으며 금속판재의 표면을 매우 매끈하게 가공하기 위해 전해연마를 실시하였다. 전해연마는 일반적으로 사용되는 단극(unipolar)법을 이용할 경우 전극접촉부에서 스크래치 또는 오염이 발생하므로 이극(bipolar)법을 이용하였으며 연속적으로 고속 연마를 실시하였다[2].
이론/모형
- AFM을 이용하여 측정하였다. 5 X 5 ㎛2 면적에서 2nm 이하의 양호한 RMS 거칠기를 나타내었으며 기판길이 방향으로의 입계 및 스크래치에 의한 연속적인 경사도 변화를 알아보기 위하여 Nomarski 현미경을 이용하였다. 그림 1.
- 확산방지, 초기 IBAD층의 성장을 용이하게 하는 역할, texturing 향상 등의 다양한 역할의 층들이 추가로 증착된다. 본 논문에서는 각각 층들을 증착하고 이들의 특성에 따른 IBAD-MgO 기판을 제조하였다.
- 1mm의 고강도 Hastelloy C276금속판재를 이용하였으며 금속판재의 표면을 매우 매끈하게 가공하기 위해 전해연마를 실시하였다. 전해연마는 일반적으로 사용되는 단극(unipolar)법을 이용할 경우 전극접촉부에서 스크래치 또는 오염이 발생하므로 이극(bipolar)법을 이용하였으며 연속적으로 고속 연마를 실시하였다[2]. 전해연마 조건으로는 연마시간, 전해액온도, 전해전류밀도, 전해액 등이 있으며 01 조건둘믈 적절히 조합하여 최소 거칠기를 가진 판재를 제조하고자 하였다.
성능/효과
- 5 정도의 높은 증착조건하에서 우수한 이축배향 특성을 나타냄을 알 수 있었다. In-situ로 이축배향특성 평가를 위해 RHEED를 관찰한 결과 그림 2.와 같이 이축배향시 나타나는 spot 패턴을 관찰할 수 있었으며 약 10 nm 근처까지 증착될수록 선명하였다. 따라서 알려진 바와 같이 IBAD-MgO층은 유효한 두께 있고 본 실험에서도 약 10nm 전후의 두께에서 최적의 RHEED 패턴을 나타내었다.
- 와 같이 이축배향시 나타나는 spot 패턴을 관찰할 수 있었으며 약 10 nm 근처까지 증착될수록 선명하였다. 따라서 알려진 바와 같이 IBAD-MgO층은 유효한 두께 있고 본 실험에서도 약 10nm 전후의 두께에서 최적의 RHEED 패턴을 나타내었다. 이후 약 700 C에서 epi・MgO층을 80nm 정도 증착하였을 때 보다 선명한 RHEED spot을 관찰할 수 있었다.
- 성장이 일어남을 알 수 있었다. 또한 Ar 이온 대 분자 비는 IBAD법에서 중요한 조건으로 본 장치에서는 0.5 정도의 높은 증착조건하에서 우수한 이축배향 특성을 나타냄을 알 수 있었다. In-situ로 이축배향특성 평가를 위해 RHEED를 관찰한 결과 그림 2.
- 이후 seed층으로 비정질상의 Y2O3층을 10nm 정도 증착한 후 XRD측정결과 Hastelloy peak 이외 다른 peak 은 나타나지 않았으며 AFM 측정결과 Hastelloy와 거의 유사한 표면 거칠기를 나타내었다. 또한 SEM 관찰결과 표면이 매우 치밀함을 알 수 있었다.
- 또한 치 밀한 A1 고 03 증착층이 요구되므로 증착시 이온빔을 조사하여 밀도 향상을 꾀하였다. 이후 seed층으로 비정질상의 Y2O3층을 10nm 정도 증착한 후 XRD측정결과 Hastelloy peak 이외 다른 peak 은 나타나지 않았으며 AFM 측정결과 Hastelloy와 거의 유사한 표면 거칠기를 나타내었다. 또한 SEM 관찰결과 표면이 매우 치밀함을 알 수 있었다.
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