[논문]Cr-Zr-Al segment 타겟을 장착한 Unbalanced magnetron sputtering 활용하여 증착한 CrZr-Al-N 박막의 thermal stability와 microstructure에 관한 연구

김동준; 라정현; 이상율

Cr-Zr-Al segment 타겟을 장착한 Unbalanced magnetron sputtering 활용하여 증착한 CrZr-Al-N 박막의 thermal stability와 microstructure에 관한 연구
Thermal stability and microstructure of CrZr-Al-N films synthesized by unbalanced magnetron sputtering with Cr-Zr-Al segment target 원문보기

김동준 (표면기술응용연구센터, 한국항공대학교 항공재료공학과) , 라정현 (표면기술응용연구센터, 한국항공대학교 항공재료공학과) , 이상율 (표면기술응용연구센터, 한국항공대학교 항공재료공학과)

본 연구는 segment target을 장착한 unbalanced magnetron sputtering을 활용하여 CrZr-Al-N 박막을 합성하고 박막의 고온안정성과 미세구조를 연구하는데 그 목적이 있다. 박막의 Al 함량을 조절하기 위하여 각 segment target은 Cr,Zr을 일정vol% 유지하며 Al vol%만 변화하여 설계하였다. 박막의 고온안정성을 실험하기 위해 각 시편은 $100{\sim}500^{\circ}C$ 사이의 온도에서 1시간씩 annealing 처리를 실시한 후에 경도를 측정하였다. 박막의 미세구조 단면을 위해 FE-SEM을 이용하였으며 이밖에 박막의 조성, 경도 및 결정구조를 측정하기 위해 EDS, microhardness testing system, XRD를 사용하였다. Al 부피비를 변화시킨 Segment target을 활용한 박막합성에서 박막의 Al함량은 각각 1/11에서 4.6at.%, 1/5에서 8.1at.%, 1/3에서 12.9at.% 로 나타났으며, 박막의 경도는 4.6~12.9at.% 사이의 Al 함량을 갖는 박막에 대해 모두 유사한 값을 가졌으며 31GPa로 측정되었다. 박막의 단면 구조 역시 4.6~12.9at.% 사이의 Al 함량을 갖는 박막에 대해 모두 columnar 구조가 관찰되었다.

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문제 정의

이러한 4원계 박막을 합성하는데 있어 여러 방법이 적용되었지만 그 중 segment 타겟을 이용한 박막 증착은 단 하나의 타겟을 사용하여 다성분계 박막을 증착할 수 있으므로 박막 합성 공정을 단순화 시킬 수 있으며, 이론상 대부분의 원소를 사용하여 박막합성이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 Cr-Zr-Al segment 타겟을 활용하여 CrZr-Al-N 박막을 합성하였으며, 박막의 고온안정성과 미세구조 특성을 연구하였다.

제안 방법

에 도시 하였다. 박막의 Al 비를 조절하기 위해 Al/(Cr+Zr) 부피비를 각각 1/11, 1/5, 1/3 의 부피비를 가지도록 설계했으며 그 전체적인 모습은 fig 1.에 나타내었다. 박막의 고온마모 특성을 관찰하기 위하여 ball on disk type의 마모 시험기를 사용하였으며, 마모 실험 후 마모율, 마모트랙, 표면조도, 마멸입자와 같은 박막의 마모 특성을 관찰하기 위해 FE-SEM, AFM, EDS를 사용하여 분석하였다.
에 나타내었다. 박막의 고온마모 특성을 관찰하기 위하여 ball on disk type의 마모 시험기를 사용하였으며, 마모 실험 후 마모율, 마모트랙, 표면조도, 마멸입자와 같은 박막의 마모 특성을 관찰하기 위해 FE-SEM, AFM, EDS를 사용하여 분석하였다.
본 연구에서는 unbalanced magnetron sputtering을 활용하여 박막을 합성하였으며 자세한 공정 파라미터는 Table 1.에 도시 하였다. 박막의 Al 비를 조절하기 위해 Al/(Cr+Zr) 부피비를 각각 1/11, 1/5, 1/3 의 부피비를 가지도록 설계했으며 그 전체적인 모습은 fig 1.

성능/효과

9at.% 사이의 Al 함량을 갖는 박막에 대해 모두 유사한 값을 가졌으며 31GPa로 측정되었다. 박막의 단면 구조 역시 4.

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