Investigation of New Ionized Cluster Beam Source

고석근(S.K. Koh),장홍규(H.G. Jang),정형진(H-J. Jung),최원국(W.K. Choi),S.G. Kondranine,E.A. Kralkina 한국진공학회(ASCT) 1996 Applied Science and Convergence Technology Vol.5 No.3

본 논문은 새로운 이온화된 클라스터 빔원(ionized cluster beam source)의 제작과 특성조사에 관한 것이다. 이온화된 클라스터 빔원의 특성은 도가니부와 이온화부가 하나의 원통안에 놓여있지만, 전기적으로는 서로 분리되어 있지 않다. 이온화 효율을 증대시키기 위하여 영구자석을 배치하였다. 인출할 수 있는 Cu^+ 이온의 최대 전류밀도는 1.5 ㎂/㎠ 이었으며, 증착율이 초당 0.4Å일 때 이온화율은 3% 이었으며, 증착율이 초당 0.2Å일 때는 이온화율이 6% 이었다. 증착율이 초당 0.2Å이고, 가속전압이 4㎸에서 Cu^+ 이온빔의 균일성이 95% 이상이었다. The present paper represents the results of development and first experimental tests of a new ionized cluster beam (ICB) source. The novelty of ICB source lies in the fact that the crucible and ionization parts are spaced in one cylindrical shell but are not divided in an electric circuit. The ICB source adapts permanent magnets to increase the ionization efficiency. The maximum obtained Cu^+ ion current density is 1.5㎂/㎠, therewith the ionization rate amounts 3% under deposition rate equal to 0.4Å/s, and amounts 6% at the denposition rate, equal to 0.2Å/s. When the deposition rate is 0.2Å/s and the acceleration voltage is 4㎸, the Cu^+ion beam uniformity is better than 95%.

1 keV $Ar^+$ 이온의 조사가 유리기판위의 금 박막의 미치는 영향

장홍규,김기환,한성,최원국,고석근,정형진,Jang, H. G.,Kim, H. S.,Han, S.,Choi, W. K.,Koh, S. K.,Jung, H. J. 한국진공학회 1996 Applied Science and Convergence Technology Vol.5 No.4

유리기판(BK7)에 5-cm cold-hollow cathode형 이온건(ion gun)을 이용한 sputtering 방법으로 금 박막을 1600$\AA$ 두께 (RBS확인한 두께 : 1590 $\AA$)로 증착하였다. 증착후 15$\mu$A/$\textrm{cm}^2$의 이온전류밀도를 갖는 1 keV $Ar^+$ beam을 이용하여 $1\times 10^{16}\;Ar^+\textrm{cm}^{-2}$에서 $2\times 10^{17}\;Ar^+\textrm{cm}^{-2}$의 이온선량을 조사하였다. 박막제작시와 $Ar^+$이온조사시의 진공도는 $1\times 10^{-6}-1\times 10^{-5}$Torr이었으며, 기판온도는 상온으로 하였다. 금 박막은 $Ar^+$이온의 조사에 관계없이 모두 (111)방향만 관찰되었으며, $Ar^+$이온이 조사된 시료의 x-ray peak의 세기는 이온선량이 증가함에 따라 감소하였다. Rutherford Backscattering Spectroscopy(RBS) 측정결과 $Ar^+$ 이온선량이 증가함에 따라 sputtering yield는 감소하였다. $2\times 10^{17}\;Ar^+\textrm{cm}^{-2}$의 이온선량이 조사된 시료는 두께가 711$\AA$으로 이온의 조사에 의해 Au 박막이 879$\AA$ sputter된 것을 확인하였으며, 이 때 sputtering yield는 2.57이었다. Atomic Force Microscope(AFM) 측정 결과 이온선량이 증가함에 따라 Au 박막의 Rms표면 거칠기는 16$\AA$에서 118$\AA$으로 증가하였다. 또한 Scratch test를 이용한 박막의 접착력 측정결과 이온선량이 증가함에 따라 유리기판위에 Au박막의 접착력은 1.1N에서 10N으로 9배 이상 증가하였다. 이상의 결과로부터 낮은 에너지의 이온선을 조사하여 유리기판고 금 박막사이에 좋은 접착력을 갖는 박막을 제작할 수 있었다. Au films with a thickness around 1600 $\AA$ were deposited onto glass at room temperature by ion beam sputtering with a 5 cm cold-hollow ion gun at pressure $1\times 10^{-6}-1\times 10^{-5}$ Torr. Irradiation of the Au deposited samples was carried out at pressure of $7\times 10^{-6}$ Torr. For the sputter depositions, $Ar^+$ ion energy was 1 keV, and the current density at the substrate surface was 15 $\mu$A/$\textrm{cm}^2$. Effects of 1 keV $Ar^+$ ion dose($I_d$) between $1\times 10^{16}\; and\;2\times 10^{17}\;Ar^+\textrm{cm}^{-2}$on properties such as crystallinity, surface roughness and adhesion, etc. of the films have been investigated. The Au films sputtered by $Ar^+$ ion beam had only (111) plane and the X-ray intensity of the films decreased with increase of $I_d$. The thickness of Au films reduced with Id. $R_{ms}$ surface roughness of the films increased from 16 $\AA$ at as-deposited to 1118 $\AA$ at ion dose= $2\times 10^{17}\;Ar^+\textrm{cm}^{-2}$. Adhesion of Au film on sputtered at $I_d$= $2\times 10^{17}\;Ar^+\textrm{cm}^{-2}$ was 9 times greater than that of Au film with untreated, as determined by a scratch test.

이온빔보조 반응법을 이용한 고분자 표면의 친수성처리와 그 응용

조정(J. Cho),최성창(S. C. Choi),윤기현(K. H. Yun),고석근(S. K. Koh) 한국진공학회(ASCT) 1999 Applied Science and Convergence Technology Vol.8 No.3(2)

표면의 친수성 작용기 형성과 접촉각 향상을 위하여 이온빔 보조 반응법을 이용하여 폴리 카보네 이트(PC)와 폴리메티메타아크릴레이트(PMMA)에대한 고분자 표면개질을 연구하였다. 이온빔 보조 반응법의 조건은 빔 에너지가 500에서 1500 eV로 증가시키면서 이온조사량과 주입 산소가스의 양은 각각 1×10^(16) ions/㎠과 4㎖/min으로 고정 시켰다. PC와 PMMA에 수백에서 1 keV이하의 아르곤 이온빔을 조사하면서 산소가스를 주입한 경우에는 고분자가 갖는 긴 사슬구조를 그대로 유지함과 동시에 새로운 작용기들이 결합되어 있어 물과의 반응에도 쉽게 소멸되지 않고 있음을 알 수 있다. 이와 같은 표면의 친수성 증가는 이온 보조반응법에의해 산소 분위기에서 아르곤 이온빔으로 조사한 시료의 XPS 분석 결과로 보아 PC나 PMMA 표면에 C-O 또는 C=O와 관련된 결합의 증가로 인한 친수성 작용기가 PC와 PMMA 표면에 형성되었기 때문이라고 사료된다. 이러한 이온보조 반응법을 이용하여 처리한 고분자들은 재료 고유의 특성을 그대로 유지하면서 표면의 성질만을 변화시키기 때문에 다른 표면개질 방법에 비하여 구조적으로 안정하며 화학적으로 안정한 고분자의 표면개질에 적합하며 이에대한 대한 응용예를 들어 이러한 특성을 계속 유지하는 신재료의 연구를 제시하였다. 이러한 결과를 바탕으로 고분자위에 금속박막을 증착시켜 접착력 테스트를 통해 친수성 고분자기가 금속박막의 접착력 향상을 증가시키는지 여부를 고찰하였다. Polycarbonate (PC) and Polymethylmethacrylate (PMMA) surface was modified by ion assisted reaction (IAR) technique to obtain the hydrophilic functional groups and improve the wettability. In conditions of ion assisted reaction, ion beam energy was changed from 500 to 1500 eV, and ion dose and oxygen gas blown rate were fixed 1×10^(16) ions/㎠ and 4 ㎖/min, respectively. Wetting angle of water on PC and PMMA surface modified by Ar+ ion without blowing oxygen at 4 ㎖/min showed 5° and 10°. Changes of wetting angle with oxygen gas and Ar+ ion irradiation were explained by considering formation of hydrophilic group due to a reaction between irradiated polymer chain by energetic ion irradiation and blown oxygen gas. X-ray photoelectron spectroscopy analysis shows that hydrophilic groups such as -C-O, -(C=O)- and -(C=O)-O- are formed on the surface of polymer by chemical interaction. The polymer surface modification using ion assisted reaction only changed the surface physical properties and kept the bulk properties. In comparison with other modification methods, the surface modification by IAR treatment was chemically stable and enhanced the adhesion between metal and polymer surface. The applications of various kinds of polymer surface modification could be appled to the new materials about hydrophilic surface properties by IAR treatment. The adhesion between metal film and polymer measured by Scotch tape test whether the hydrophilic surfaces could improve the adhesion strength or not.

이온빔 스퍼터링 증탁 ITO 박막의 미세 구조와 전기적 특성

한영건(Y.G.Han),조준식(J.S.Cho),고석근(S.K.Koh),김동환(D.H.Kim) 한국태양에너지학회 2000 한국태양에너지학회 논문집 Vol.20 No.2

이온빔 스퍼터링을 이용하여 indium tin oxide(ITO)박막을 증착하였다. Ar가스만을 이용하여 플라즈마를 형성한 경우 O₂를 첨가한 경우에 대해 기판온도를 상온에서 200℃까지 증가시키면서 온도의 영향을 관찰하였으며 이온빔 에너지의 변화가 박막의 특성에 미치는 영향을 관찰하였다. Ar 이온만으로 증착한 ITO 박막은 domain 구조를 보였으며 Ar+O₂이온으로 증착한 경우 grain 구조를 나타내었다. Ar 이온만으로 증착된 ITO박막의 전기 비저항의 최소값은 100℃ 기판온도에서 1.5*10^-4Ωcm 값을 보였으며 산소 첨가의 경우에는 150℃dptj 4.3*10^-4Ωcm 이었다. 보든 박막이 100℃이상의 기판 온도에서 가시광영역에서의 투과도는 80%이상의 값을 보였다. Better electrical and optical properties of ITO thin films were demanded for the window layer of CdS/CdTe solar cells. To match that demand, an ion beam sputtering system was used for the deposition of ITO thin films. The substrate temperature and ion beam energy were controlled to deposit high quality ITO thin films in two cases of Ar ion sputtering and Ar+O₂ion sputtering. The microstructure changed from domain structure in ITO deposited by Ar ions to grain structure in ITO deposited by Ar+O₂ions. The lowest resistivity of ITO films was 1.5* 10^-4Ωcm at 100'C substrate temperature in case of Ar ions sputtering. Transmittance in the visible range was over 80% above 100℃ substrate temperature.

Pd 촉매의 부분 산화 조절을 이용한 SnO$_2$박막 센서의 CH$_4$감도 변화 연구

최원국,조정,조준식,송재훈,정형진,고석근,Choi, W. K.,Cho, J.,Cho, J. S.,Song, J. H.,Jung, H. J.,Koh, S. K. 한국마이크로전자및패키징학회 1999 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.6 No.2

이온빔 보조 증착법을 이용하여 제작한 $SnO_2$박막을 기저 물질로한 가연성 센서에 catalyst로 ultra-thin Pd layer를 이온빔 스퍼터링으로 흡착시켰다. 가연성 기체의 센싱 메카니즘에서 Pd 촉매의 역할을 정확하게 조사하기 위해서 진공 및 공기 상에서 annealing 함으로서 Pd 촉매의 초기 산화 상태를 조절하였다. 촉매가 순수한 금속 Pd 클러스터 상태로 존재하는 $SnO_2$센서의 경우에는 PdO 클러스터가 있는 것에 비해 높은 감응성을 보였다. 이것은 PdO 클러스터가 표면 acceptor로 작용을 하는 것으로 생각되며 $SnO_2$로 부터 Pd sub-channel을 통해 전자를 받아 센서의 감도를 낮추고 응답시간을 늦추는 것으로 생각된다. A flammable gas sensor based on the $SnO_2$thin film deposited by the reactive ion assisted deposition was fabricated and ultra-thin Pd layer as catalyst was adsorbed at surface by ion beam sputtering. The initial oxidation states of Pd catalyst were controlled to investigate the role of Pd in the sensing process of inflammale gas sensor through annealing in air and vacuum respectively. The Pd catalyst existing in pure metallic state showed the sensitivity higher than that of PdO. The result might be closely related to the fact that PdO as a surface acceptor would receive electrons via Pd sub-channel from $SnO_2$, and thus which reduces the sensitivity and delay the response time.

이온 보존 반응법에 의하여 표면처리된 Polyimide(PI) 표면과 구리박막의 접착력 향상

최성창,석진우,최원국,손용배,정형진,고석근 한국마이크로전자및패키징학회 1997 하이브리드마이크로일렉트로닉스 Vol.4 No.1

Polyimide films are modified by Ar^+ion beam at 1 kV in an oxygen environments. Amounts of ions changed from 5 x 10^(15) to 1 x 10^(17) ions /㎠ and amounts of blowing oxygen from 0 to 8 sccm ml /min. The wettabilities and the surface free energies of modified polyimide were measured by a contact angle meter and the chemical state of the modified polyimide surface was measured by x-ray photoelectron spectroscopy. The wetting angles between water and polyimide films modified by Ar^+ ion without oxygen blowing decrease from 67 to 40 degrees and surface free energies increase from 46 to 64 dyne /㎠. The wetting angle of polyimide films modified by Ar^+ ion in an oxygen environments decrease to 12 degree and surface free energy increase to 72 dyne /㎠. Polyimide surface was modified with various gas environments and ions. Lowest wetting angle was obtained by oxygen ion irradiation in an oxygen gas environment and its value was 8°. In the case of polyimide film modified by Ar^+ ions in an oxygen environment, the wetting angle increase up to 65° when it kept in air and that increase up to 46° when it kept in water after 110 hour. In the case of polyimide film modified by O^+ ions in an oxygen environment, however, the wetting angle of polyimide film dose not increase. From the x-ray photoelectron analysis, it is found that the chemical bonds between polyimide components are severed by ion irradiation and hydrophilic groups such as (C=O)-(ON)-, COH and (C=O)-C are formed by the reaction between newly formed radicals and blowing oxygen. I t was found that the adhesion between Cu and polyimide modified by ion assisted reaction was improved, and the main reason of the enhanced adhesion is due to the reaction between Cu and C-O groups formed by ion assisted reaction on the polyimide surface.