초록 ▼

1. 연구개발목표 및 내용
고에너지 방사선 계측 장비용 다이아몬드 박막 증착기술을 개발하기 위하여, 아크젯 열플라즈마를 이용한 다이아몬드 박막 화학기상증착 시스템과 증착 공정 개발
(성능목표 : 단위시간당 박막 증착율 100 w/h 이상)
2. 연구결과
${\circ}$ 메탄 기체의 효율적 분해를 위해 고안된 간극형 아크젯 열플라즈마 토치와 진공 반응함, 전력공급장치, 기체 및 냉각수 공급계, 제어계통부로 구성된 아크젯 열플라즈마 다이아몬드 박막 화학기상증착 시스템을 설계 및 제작하였고, 다

1. 연구개발목표 및 내용
고에너지 방사선 계측 장비용 다이아몬드 박막 증착기술을 개발하기 위하여, 아크젯 열플라즈마를 이용한 다이아몬드 박막 화학기상증착 시스템과 증착 공정 개발
(성능목표 : 단위시간당 박막 증착율 100 w/h 이상)
2. 연구결과
${\circ}$ 메탄 기체의 효율적 분해를 위해 고안된 간극형 아크젯 열플라즈마 토치와 진공 반응함, 전력공급장치, 기체 및 냉각수 공급계, 제어계통부로 구성된 아크젯 열플라즈마 다이아몬드 박막 화학기상증착 시스템을 설계 및 제작하였고, 다이아몬드 박막의 안정적인 증착 공정을 개발함.
${\circ}$ 다이아몬드 박막 CVD 공정의 최적화를 위하여, 아크젯 열플라즈마 발생 토치의 운전 변수와 증착 공정 변수에 대한 통계적 실험계획법을 적용하고 단위시간당 박막 증착율과 증착 박막의 결정성을 최적화시키는 최적 공정 조건을 도출함. 다이아몬드 박막 CVD 공정의 최적화 결과, $160{\mu}m/h$의 단위시간당 박막 증착율로 고결정성의 다이아몬드 박막을 증착할 수 있는 공정을 개발하였음.
${\circ}$ 아크젯 열플라즈마의 특성을 해석하기 위한 수치해석 기법과 전산코드를 확립하고 아크젯 열플라즈마의 온도, 속도, 탄소활성종 분포 등의 특성을 계산하였음. 플라즈마의 미세균형 상태를 분석하여 아크젯 열플라즈마의 특성을 실험적으로 계측할 수 있는 엔탈피 탐침 진단법과 방출분광 분석법을 적용하고 전자온도와 전자밀도, 탄소활성종의 회전여기온도를 진단계측하였음.
${\circ}$ 수치해석과 진단계측으로 파악된 아크젯 열플라즈마 특성과 다이아몬드 박막 증착 특성과의 상관 관계를 분석하여 다이아몬드 박막 증착에 적절한 아크젯 열플라즈마 특성을 파악하였음.

Abstract ▼

$\bullet$ Design and fabrication of a diamond film CVD system using arc-jet thermal plasma
$\bullet$ Preliminary experiment for the analysis of the diamond film CVD characteristics in the arc-jet thermal plasma method
$\bullet$ Optimization of the diamond film

$\bullet$ Design and fabrication of a diamond film CVD system using arc-jet thermal plasma
$\bullet$ Preliminary experiment for the analysis of the diamond film CVD characteristics in the arc-jet thermal plasma method
$\bullet$ Optimization of the diamond film CVD process by arc-jet thermal plasma based on a statistical experiment design plan
$\bullet$ Establishment of numerical modeling and diagnostic techniques for the analysis of arc-jet thermal plasma property
$\bullet$ Analysis of the correlation between arc-jet thermal plasma property and diamond film CVD characteristics

목차 Contents

• 표지 ...1
• 제출문 ...2
• 보고서 초록 ...3
• 요약문 ...4
• SUMMARY ...8
• CONTENTS ...14
• 목차 ...16
• 제 1 장 연구개발과제의 개요...18
• 1 절. 연구개발의 필요성...18
• 2 절. 다이아몬드를 이용한 방사선 검출기 기술...20
• 3 절. 아크젯 열플라즈마법에 의한 다이아몬드 박막 화학기상증착 기술...23
• 4 절. 연구개발의 목표 및 내용...26
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...28
• 제 3 장 연구개발 수행 내용 및 결과...32
• 1 절. 아크젯 열플라즈마 다이아몬드 화학기상증착 시스템의 설계 및 제작...32
• 1. 아크젯 열플라즈마 발생을 위한 간극형 열플라즈마 토치...32
• 2. 진공반응함 및 모재 온도 제어 장치...37
• 2 절. 아크젯 열플라즈마를 이용한 다이아몬드 박막 기초 증착 실험...41
• 1. 간극형 열플라즈마 토치의 메탄 분해 효과...41
• 2. 증착 모재의 전처리 및 공점 조건...42
• 3. 아크젯 열플라즈마 다이아몬드 박막 화학기상증착의 공정 조건 파악 및 증착 박막의 물성분석...44
• 4. 메탄/수소 유량비에 따른 다이아몬드 박막 증착 특성...45
• 5. 모재 온도에 따른 다이아몬드 박막의 증착 특성...53
• 6. 아크젯 열플라즈마 다이아몬드 CVD 공정의 단위 시간당 증착율...55
• 3 절. 아크젯 열플라즈마 다이아몬드 화학기상증착 공정의 최적화...59
• 1. 통계적 실험계획법에 의한 아크젯 열플라즈마 다이아몬드 박막 화학기상 증착 최적화 방법...59
• 2. 아크젯 열플라즈마 다이아몬드 화학기상증착 공정의 최적 공정 조건 분석...60
• 3. 다이아몬드 박막 화학기상증착 공정의 최적조건 도출 및 박막 증착...66
• 4 절. 아크젯 열플라즈마 특성의 수치해석 및 진단 기법 확립과 다이아몬드 박막 증착 특성과의 상관관계 분석...70
• 1. 아크젯 열플라즈마 특성 수치해석...70
• 2. 아크젯 열플라즈마 특성의 진단 기법 확립...77
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도...94
• 1 절. 연구개발 목표 달성도...94
• 2 절. 관련 분야 기여도...95
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획...96
• 제 6 장 참고문헌...100