[논문]탄소비율에 따른 Diamond-like Carbon film의 광학적 및 기계적 특성

서영교; 윤덕용; 박용섭; 조형준; 최원석; 홍병유

탄소비율에 따른 Diamond-like Carbon film의 광학적 및 기계적 특성
Optical and mechanical properties of Diamond-like Carbon film with variation of carbon ratio 원문보기

서영교 (성균관대학교 재료공학과) , 윤덕용 (성균관대학교 정보통신공학부) , 박용섭 (성균관대학교 정보통신공학부) , 조형준 (성균관대학교 정보통신공학부) , 최원석 (한밭대학교) , 홍병유 (성균관대학교 정보통신공학부)

Diamond-like carbon (DLC)박막은 높은 경도, 화학적 안정성, 높은 광 투과성을 가지고 있어, 공구강, 광학렌즈 및 플라스틱의 보호 코팅을 위해 응용되어진다. 본 연구에는 DLC 박막은 Silicon을 기반으로 하는 태양전지 반사 반지막으로 응용을 위해, 13.56 MHz RF 플라즈마 화학기상 증착 (RF-PECVD)법을 통해 합성되었다. DLC 합성 시 RF power는 150 W, 메탄 (CH4)가스의 유량은 6%~10% 조절되었다. 합성되어진 DLC 박막의 광학적 특성은 UV spectrometry, Ellipsometry를 사용하여 분석되었고, 경도는 Nano-indenter를 사용하여 측정되었다. 측정 결과 투과도와 굴절률 등의 광학적 특성은 탄소 조성비가 6%정도에서 가장 좋은 결과 값을 얻었으나, 물리적 특성인 경도는 탄소 조성비가 높을수록 증가하는 경향을 보였으며, Si기판과의 접착력은 32N 이상의 높은 값을 나타내었다. 결과로써, DLC 박막은 합성시 적절한 탄소 조성비를 통해 silicon을 기반으로 하는 태양전지 반사방지막으로 응용할 수 있다.

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문제 정의

본 연구에서는 태양전지의 반사방지막으로서의 응용을 위한 DLC의 광학적 특성을 탄소의 비율에 따라 분석을 하였다. 100nm의 동일한 두께로 박막을 합성하여 투과도와 굴절룧을 분석한 결과 탄소의 비율이 낮을수록 투과도가 증가하고 굴절률 값이 이상적인 값에 근접함을 블 수 있었다.

제안 방법

를 이용하여 실리콘기판을 클리닝하고 준비된 기판을 PECVD 장비에 넣고 수소(任) 유량 80 seem을 흐려보내며 5분간 전처리률 하였다. 전처리 후 수소 유량은 80 seem, RF power는 150 W 로 고정하고, 메탄(CH。가스의 유량을 조절하여 탄소 비율이 각각 6, 7, 8, 9, 10 %을 갖도튝 DLC 박막을 합성하였으며, 이는 표 1에 나타내었다. 표 2는 합성된 DLC 박막을 a・step을 이용하여 각 샘플의 두께畳 측정하여 탄소 비율에 따른 DLC 박막의 성장 속또를 나타내었다.
먼저 TC, 아세톤, 에탄올, DI water.를 이용하여 실리콘기판을 클리닝하고 준비된 기판을 PECVD 장비에 넣고 수소(任) 유량 80 seem을 흐려보내며 5분간 전처리률 하였다. 전처리 후 수소 유량은 80 seem, RF power는 150 W 로 고정하고, 메탄(CH。가스의 유량을 조절하여 탄소 비율이 각각 6, 7, 8, 9, 10 %을 갖도튝 DLC 박막을 합성하였으며, 이는 표 1에 나타내었다.
본 실험예서는 플라즈마 화상기상 증착 (PECVD)법을 사용하여 싫리콘 기판에 DLC풀 합성하였고, 합성시 탄소의 비율과 합성되는 박막의 두께를 변화시켜 그 변화에 따费 DLC의 광학적, 기계적 특성을 분석하여 반사방지막으로서의 믕용예 대해 연구하였다.
수소 (H》가스와 메탄 (C&) 가스를 챔버 내로 흘려보내고 픍라즈마를 잁으켜 수소이온과 탄소이몬을 형성찬 후 실리콘 기판에 증착하여 DLC박막을 핞성한다.
측정된 DLC박막의 성장 속도를 바탕으로 6~10 % 탄소 비율의 DLC 박막을 약 100 nm 두께로 실리콘 기판과 유리 기판 위에 합성하였다. 합성된 샘풀은 UV spectrometry, Ellipsometry, Nano-indenter, Scratch tester를 이용하여 투과도, 굴절률, 경도, 접착력을 측정하였다.
위에 합성하였다. 합성된 샘풀은 UV spectrometry, Ellipsometry, Nano-indenter, Scratch tester를 이용하여 투과도, 굴절률, 경도, 접착력을 측정하였다.

이론/모형

뽄 실험에서는 PECVD법(그림 1)을 이용하여 DLC률합성하였다. 수소 (H》가스와 메탄 (C&) 가스를 챔버 내로 흘려보내고 픍라즈마를 잁으켜 수소이온과 탄소이몬을 형성찬 후 실리콘 기판에 증착하여 DLC박막을 핞성한다.

성능/효과

100nm의 동일한 두께로 박막을 합성하여 투과도와 굴절룧을 분석한 결과 탄소의 비율이 낮을수록 투과도가 증가하고 굴절률 값이 이상적인 값에 근접함을 블 수 있었다. 반면에, 물리적 특성중 하나인 Si 기판과의 접착력은 탄소 비备에 따라 증착되어진 DLC 박막 모두 32N 이상의 높은 값을 나타내었다.
있다. 대부是의 파장대에서 75% 이상의 높은 투과도를 보였고 가시광선 영역(380~770nm)에서 대체적으로 탄소의 비율이 낮을수룩 투과도가 높게 나오는 경향을 뵬수 있었다. 이는 탄소 비율 차이에 의해 DLC의 구조가 달라지고 이로 인해 투과도의 차이가 생긴 것으로 판단된다[3丄 투과도가 높다는 것은 반사율이 낮다는 것을 의미하고 반사율을 줄임으로써 태양전지의 전류밀도와 효율을 높일 수 있다[2].
96)[5], 표면에서의 반사를 최소화 할 수 있다. 본 실험 결과, 탄소의 비율이 낮을수폭 이상적인 굴절률 값에 근접하고 반사율을 최소화 할 수 있을 것임을 알 수 있다.

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