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박현준(H. J . Park),문경일(K. I. Moon),박종완(J. W. Park) 한국소성가공학회 2011 한국소성가공학회 학술대회 논문집 Vol.2011 No.5
본 연구에서는 300 mtorr이하의 진공하에서 최적 가스량 조절을 통해 상조절이 가능한 저압질화기술을 이용하여 질화공정 초기에 화합물층 형성을 최소화한 상태에서 경화층을 요구 깊이 이상으로 형성시킨후, 화합물층을 형성시키는 2단 공정을 5시간 이내에서 진행하였다. 이의 비교 대상으로 이온질화 기술을 통해 동일한 방법으로서 경화층 형성후 화합물층을 형성하는 2 단 공정을 4시간 이내에서 진행하였다. 이후에 각 질화를 통해 제작된 시편에 대하여 경화층 분포 및 표면경도, 내마모성, 인장 강도등 기계적 특성을 비교 분석하였다. 시편은 자동차의 Gear부품으로 사용되는 SCM415종을 사용하였고, 전처리로서 QT처리가 되어 있었다. 상기 강종의 질화처리후 표면경도는 두 공정 모두 800 Hv 이었으며, 저압질화 제품은 0.4 mm이상의 경화층과 4.5~6 ㎛이상의 화합물층 형성이 가능하였다. 반면 이온질화 제품은 0.4mm이상의 경화층을 형성하였지만 화합물층의 두께는 기어의 산 부분에서는 7㎛, 골 부분에서는 1㎛으로 불균일하게 형성되는 것을 확인하였다. 추후 실험에서는 이온질화시 형상에 따른 불균일성을 극복하기 위해 공정의 요소들을 제어하여 경화층과 화합물층의 깊이를 균일하게 형성할 수 있도록 하였다.
RTN에 의해 형성된 TiN / TiSi₂ Bilayer의 특성
이석형(S. H. Lee),김헌도(H. D. Kim),박종완(J. W. Park) 한국진공학회(ASCT) 1994 Applied Science and Convergence Technology Vol.3 No.1
질소 분위기에서 RTN에 의해 TiN/TiSi₂ bilayer 형성에 미치는, RTN 온도, 시간, substrate doping 등의 영향을 연구하였다. 형성된 TiN/TiSi₂ bilayer의 구조적, 전기적 특성은 x-ray diffraction(XRD), cross-sectional transmission electron microscopy(XTEM), Rutherford backscattering spectrometry(RBS), x-ray photoelectron spectroscopy(XPS)와 four point probe system 등을 이용하여 분석하였다. 형성된 TiN/TiSi₂ bilayer의 구조는 RTN 처리시간보다 온도에 의존하는 성향이 더욱 강하였다. Ti를 400 Å 증착한 시편의 경우, 600℃-30초 RTN 처리 후에 준안정상인 C49 TiSi₂가 형성되었으나, 700℃ 이상의 온도에서는 안정한 TiN/TiSi₂ bilayer가 형성되었다. 이 TiN/TiSi₂ bilayer는 1.6~1.9Ω/□의 낮은 면저항값을 나타냈다. TiN/TiSi₂ bilayer의 형성에는 BF₂^+의 영향은 거의 없었으며, As는 C49 상에서 C54 상으로의 상전이를 억제하는 효과를 나타냈다. Al/TiN/TiSi₂/Si contact 구조는 550℃, 30분까지 열적 안정성이 양호하였고, 10% 불산용액에서는 약 60초, 1% 불산에서는 180초까지 화학적으로 안정하였다. Dependency of a TiN/TiSi₂ bilayer formation by rapid thermal nitridation(RTN) of Ti in pure N₂ on Ti deposition thickness, RTN temperature, time, and substrate doping was investigated. The structural and electrical properties of the resulting TiN/TiSi₂ bilayers were characterized by x-ray diffraction(XRD), cross-sectional transmission electron microscopy(XTEM), Rutherford backscattering spectrometry(RBS), x-ray photoelectron spectroscopy(XPS), and four point probe system. It was found that the structure of resulting TiN/TiSi₂ bilayers was dependent on RTN temperature rather than on RTN time. For a Ti deposition thickness of 400 Å, a metastable C49 TiSi₂ phase was formed after an RTN at 600℃ for 30 sec. When a Ti film was nitrided at 700℃ or higher temperatures, however, stable and stoichiometric TiN and C54 TiSi₂ phase were formed. This bilayer had a low sheet resistance of 1.6~1.9Ω/□. BF₂^+ had little influence on formation of TiN/TiSi₂ bilayer. But As had a retardation effect on the transformation from C49 phase to C54 phase. The Al/TiN/TiSi₂/Si contact structure was thermally stable up to 550℃ for 30 min annealing in Ar ambients. Furthermore, the TiN/TiSi₂ bilayer had chemical stability in 10% HF solution for 60 sec and in 1% HF solution for 180 sec.