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문제 정의
- 또한, SIF8 몰드와 고형화된 polysilazne과 분리 시 225 ℃이상의 온도를 가열하여 SU-8 몰드를 제거함으로 SU-8 몰드는 재사용이 불가능하대 5]. 따라서, 본 연구는 SJ-8 몰드를 이용한 SiCN 미세구조물 제작 시 문제점을 해결하기 위해 계면 에너지가 낮아 테프론 코팅없이 제작이 용이하고 반영구적으로 재사용이 가능-한 FEMS (polydinethylsiloxane) 몰드를 사용하여 1400℃ 이상에서도 사용 가능한 초고온 响S용 SiCN 미세구조물을 제작했으며 열분해 및 열처리 조건에 따른 물리적, 전기적 특성을 분석하였다.
제안 방법
- HIP과 열처리로 각각 열분해 된 SiCN 미세구조물과 결정방흐蚓 다른 Si 기판과의 절연능력을 비교하기 위해 CC hi凱 resistance meter (Hewlett Pad<ard, HP 4339 B)를 사용하여 절연저항을 측정하였다. 이때 모든 시편은 전압이 인가될 면에 약 L5 ㎛ 두께의 Silver paste로 caitact해서 50 V의 DC 전압을 각각60초쓰! 인가하였으며, HIP 공정에서 열 분해한 경우, 시편의 절연저항은 2.
- 이후 몰드 내에 주입하여 UV에 25분간조사하였다. MS 몰드로부터 고형화된 polysilazane을 분리하여 freestanding의 SiCN 미세구조물을 제작한 다음, HIP (tot isostatic press) 장비를 사용하여 가교 및 열처리 조건에 따른 SiCN 미세구조물의 밀도, 절연저항, 내전압 그리고 전단강도 등의 물리적 , 전기적 특성을 분석했다.
- 압입 시험 시 잔류응력 혹은 균열성장의 영향을 최소화하기 위하여 indentation 되는 위치들은 50 /期씩의 간격을 두었다. SiCN 미세구조물에 기공이 많이 존재하거나 표면 거칠기가 양호하지 못할 경우 경도 측정 시 표준편차가 커질 수 있기 때문에 미세구조물의 표면상태가 양호함을 확인한 후, 샘플당 평균 16회의 압입시험을 수행하였다.
- mS 몰드를 이용한 초고온 SiCN®/용 미세구조물 제작공정 과정으로는 먼저, 액체 polysi lazar蛉을 이용한 SiCN 세라믹 미세구조물을 제작하는데 이용되는 ras 몰드를 제작하기 위해 SLR8 패턴을 형성하였다. 그리고 Si 기판 위에 SIP-8 (Microchem corp, W 2050)을 400 ㎛ 두께로 코팅한 후, 오븐이]서 65℃와 95℃의 온도를 유지하면서 각각 5, 3勿분간 순차적 2로 soft-bake하였다.
- 제작하는데 이용되는 ras 몰드를 제작하기 위해 SLR8 패턴을 형성하였다. 그리고 Si 기판 위에 SIP-8 (Microchem corp, W 2050)을 400 ㎛ 두께로 코팅한 후, 오븐이]서 65℃와 95℃의 온도를 유지하면서 각각 5, 3勿분간 순차적 2로 soft-bake하였다. 또한, 설계된 미세구조물의 형태壬 고형화할 수 있도록 UV를 조사한 다음, soft-bake 공정과 동일하게 FEB (post expose bake) 공정을 한 후 FGMEA (propylene glycol monanetlvl ether acetate)을 사용하여 현상하였으며 200℃에서 karHake를 통해 W 패턴을 형성하였다.
- Si(N 미세구조물을 제작하였다. 또한, SiCN 미세구조물의 열분해 및 열처리 조건에 따른 전단강도, 절연저항, 내전압 테스트 등의 물리적, 전기적 특성을 측정하여, 최적의 SiCN 미세구조물 제작공정기술을 확립하였다. 최적의 제작공정에서 SiCN 미세구조물의 전단강도 (15.
- Indentation 실험에서 샘플은 깊이 2000 nn까지 압입하였다. 또한, 각회의 실험에서 압입 깊이에 따른 경도와 탄성계수의 변화를 C㎛ 모듈을 이용하여 측정하였다. 압입 시험 시 잔류응력 혹은 균열성장의 영향을 최소화하기 위하여 indentation 되는 위치들은 50 /期씩의 간격을 두었다.
- 그리고 Si 기판 위에 SIP-8 (Microchem corp, W 2050)을 400 ㎛ 두께로 코팅한 후, 오븐이]서 65℃와 95℃의 온도를 유지하면서 각각 5, 3勿분간 순차적 2로 soft-bake하였다. 또한, 설계된 미세구조물의 형태壬 고형화할 수 있도록 UV를 조사한 다음, soft-bake 공정과 동일하게 FEB (post expose bake) 공정을 한 후 FGMEA (propylene glycol monanetlvl ether acetate)을 사용하여 현상하였으며 200℃에서 karHake를 통해 W 패턴을 형성하였다. 다음은 형성된 S48을 사용하여 FC略 몰드를 제작하였다.
- 본 연구에서는 SiCN 미세구조물 제작 시 계면에너지가 낮아 테프론 코팅없이 제작이 용이하고 반영구적으로 재사용이 가능한晒 몰드를사용하여 1400℃ 이상의 초고온에서도사용가능하고 기존의 Si, SOI, Si어的6를 대체할 수 있는초고온 ME略용 Si(N 미세구조물을 제작하였다. 또한, SiCN 미세구조물의 열분해 및 열처리 조건에 따른 전단강도, 절연저항, 내전압 테스트 등의 물리적, 전기적 특성을 측정하여, 최적의 SiCN 미세구조물 제작공정기술을 확립하였다.
- 본 연구에서는 각각 다른 열분해공정을 했으며, 그에 따른 SiCN 미서}구조물의 내전압 (withstanding voltage meter, Kikusui Electronic Corp. Japan)을 또한 측정했다. 이때 측정장비의 최대 인가 DC 전압은 1.
- 시편 측정에 대해서, 본 연구에서는 나노 레벨의 기계적 특성을 측정하기 위하여 Nano Ind页ter의 CSf 모듈과 로드 셀이 장착된 인장 시험기를 이용해 탄성계수와 경도 인장강도 등을 측정하였다. CSI 모듈을 이용하면 Si(N 미세구조물과 같은 소형 시편의 압입 깊이에 따른 나노 레벨의 파괴 역학적 특성을 측정할 수 있다.
- 실험 오차를 최소화하기 위하여 가로 3 nrnx세로 1.5 nmx두께 0.4 剛의 동일한크기로 제작한 시편들은, HIP과 열처리로 각각 열분흐H공정을 행한 SiCN 미세구조물의 전단강도 (QVOO-031, &jproach speed to sanple: 0.5 mn/min)를 측정했으며, HIP에서 열 분해한 경우, 시편들의 전단강도가 최소 15.2 N로 가장 우수한 것으旦 니타났다. 일반적으로 세라믹 열처리는 강도 및 내마모성 등의 특성을 얻기 위하여 결정의 변화나 구조적 변형을 목적으로 수행하는 공정이지만, Si® 세라믹 미세구조물의 경우.
- 또한, 각회의 실험에서 압입 깊이에 따른 경도와 탄성계수의 변화를 C㎛ 모듈을 이용하여 측정하였다. 압입 시험 시 잔류응력 혹은 균열성장의 영향을 최소화하기 위하여 indentation 되는 위치들은 50 /期씩의 간격을 두었다. SiCN 미세구조물에 기공이 많이 존재하거나 표면 거칠기가 양호하지 못할 경우 경도 측정 시 표준편차가 커질 수 있기 때문에 미세구조물의 표면상태가 양호함을 확인한 후, 샘플당 평균 16회의 압입시험을 수행하였다.
대상 데이터
- CSI 모듈을 이용하면 Si(N 미세구조물과 같은 소형 시편의 압입 깊이에 따른 나노 레벨의 파괴 역학적 특성을 측정할 수 있다. 측정 및 분석에 사용된 시편은 두께 470 ㈣, 폭9 皿1, 길이 18 inm의 SiCN 미세구조물이다. Indentation 실험에서 샘플은 깊이 2000 nn까지 압입하였다.
- 5 nm/min)를 측정한 결과이다. 측정에 사용된 시편들의 면적은 오차를 최소화하기 위하여 가로 3 nmx 세로 1.5 nmX 두께 0.4 ran의 동일한 크기로 제작하였다. 측정결과 열처리를 행한 시편들의 전단 강도는 평균 15.
성능/효과
- (a)에서 열처리 전 시편의 경도는 평균 9.51 GPa이며 표준편차는 0.926 GPa이었다. 한편, 열처리 후시편의 경도는 10.
- 따라서, HIP에서 SiCN 미서}구조물을 열 분해한 이후 별도의 열처리를 하지 않는 것이 기계적 강도를 우수하게 유지함을 알 수 있었다. 다시 각각의 열분해공정 후 열처리를 이용하여 다앙한 가스 (Ar, 板 분위기에서 열처리공정을 거친 Si(N 미세구조물의 절연저항을 Si기판斗 함께 측정했을 때에는, 전단강도처럼 열분해공정 이후에 열처리를 하지 않은 시편과 Ar 또는 분위기에서 열처리를 행한 시편의 절연 저항값은 각각 평균 2.163X 1014 Q, 4.827X 1013 Q으로 1 order 가까이 차이가 나는 것을 알 수 있다.
- 2 N로 가장 우수하였지만, Ar 또는卬 분위기에서 열처리공정을 할 경우, 오히려 12 N 이하로 전단 강도가 떨어짐을 알 수 있었다. 따라서, HIP에서 SiCN 미서}구조물을 열 분해한 이후 별도의 열처리를 하지 않는 것이 기계적 강도를 우수하게 유지함을 알 수 있었다. 다시 각각의 열분해공정 후 열처리를 이용하여 다앙한 가스 (Ar, 板 분위기에서 열처리공정을 거친 Si(N 미세구조물의 절연저항을 Si기판斗 함께 측정했을 때에는, 전단강도처럼 열분해공정 이후에 열처리를 하지 않은 시편과 Ar 또는 분위기에서 열처리를 행한 시편의 절연 저항값은 각각 평균 2.
- 53 mm임을 고려할 때 SiCN 시편들이 고전압 인가 시 터널닝 효과에 의한 누설전류가 훨씬 적음을 알 수 있다{9]. 우리는 또한 각각의 열분해공정 후 열처리를 이용하여 다양한 가스 (Ar, N2) 분위기에서 열처리공정을 거친 SiCN 미세구조물의 파괴강도를 측정했을 때, HIP에서 열분해 공정한SiCN 시편들의 전단강도가 최소 15.2 N로 가장 우수하였지만, Ar 또는卬 분위기에서 열처리공정을 할 경우, 오히려 12 N 이하로 전단 강도가 떨어짐을 알 수 있었다. 따라서, HIP에서 SiCN 미서}구조물을 열 분해한 이후 별도의 열처리를 하지 않는 것이 기계적 강도를 우수하게 유지함을 알 수 있었다.
- 약 L5 ㎛ 두께의 Silver paste로 caitact해서 50 V의 DC 전압을 각각60초쓰! 인가하였으며, HIP 공정에서 열 분해한 경우, 시편의 절연저항은 2.163X10“ Q으로써 열처리로서 열 분해한 경우와Si 기판보다 훨씬 우수한 절연특성을 나타내었다. 따라서, HIP 공정에서 열 분해한 경우, 전류에 의한 발열에 가장 강한 것으로 사료된다.
- 또한, SiCN 미세구조물의 열분해 및 열처리 조건에 따른 전단강도, 절연저항, 내전압 테스트 등의 물리적, 전기적 특성을 측정하여, 최적의 SiCN 미세구조물 제작공정기술을 확립하였다. 최적의 제작공정에서 SiCN 미세구조물의 전단강도 (15.2 N), 절연저항 (2.163X1014 Q) 그리고 내전압특성 (최소 1.2 kV)이 가장 우수하였으며, 두께가 얇음에도 불구하고『형 혹은『형 Si 기판과 비교하여 훨씬 우수한 내전압특성을 가짐을 확인할 수 있었다. 따라서 , SiCN 미세구조물은 고전압, 초고온용 절연재료뿐만 아니라 1400℃ 이상의 초고온 ME/로써 유용하게 사용가능 할 것으로 기대된다.
- 4 ran의 동일한 크기로 제작하였다. 측정결과 열처리를 행한 시편들의 전단 강도는 평균 15.2 N/irni로써 열처리 전 측정한 시편의 11.7 N/皿보다 3 N/nui 이상 우수한 것으로 나타났다 ⑹.
- 926 GPa이었다. 한편, 열처리 후시편의 경도는 10.5 GPa의 평균값과 표준편차는 0.159 GPa으로 열처리를- 수행함으로써 경도가 향상됨을 확인하였다.
후속연구
- 2 kV)이 가장 우수하였으며, 두께가 얇음에도 불구하고『형 혹은『형 Si 기판과 비교하여 훨씬 우수한 내전압특성을 가짐을 확인할 수 있었다. 따라서 , SiCN 미세구조물은 고전압, 초고온용 절연재료뿐만 아니라 1400℃ 이상의 초고온 ME/로써 유용하게 사용가능 할 것으로 기대된다.
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