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        • KCI우수등재

          RF 플라즈마 CVD에 의해 합성된 질소 함유 다이아몬드성 카본필름의 구조 및 기계적 특성

          이광렬(Kwang-Ryeol Lee),은광용(Kwang Yong Eun) 한국진공학회(ASCT) 1997 Applied Science and Convergence Technology Vol.6 No.2

          벤젠과 암모니아가 혼합된 합성 개스의 r.f. 글로우 방전을 이용하여 질소함유 다이아몬드성 카본필름을 합성하였다. 합성개스내의 암모니아 개스 분율을 0에서 0.79까지 변화시키고 바이아스 음전압은 100 V에서 900 V까지 변화시키면서 합성된 필름의 조성과 구조, 그리고 잔류응력 및 경도등 기계적 특성을 조사하였다. 합성개스내의 암모니아 분율이 0.79까지 증가함에 따라 필름의 압축 잔류응력이 1.7GPa에서 1.0 GPa로 감소하였으며, 필름의 경도도 2750 Kgf/㎟에서 1700 Kgf/㎟로 감소하였다. 질소를 함유한 필름에서는 탄소와 삼중결합을 하는 질소가 관찰되었으며, 이러한 질소는 수소와 함께 inter-link의 양을 감소시키는 역할을 한다. 따라서, 암모니아의 첨가에 따라 발생하는 필름내의 수소함량 변화와 질소의 결합형태를 조사하므로써, 필름의 기계적 특성이 sp² cluster의 3차원적 inter-link에 크게 의존하고 있음을 보여줄 수 있었다. 한편, 바이아스 전압의 증가에 따른 기계적 특성의 변화는 질소를 함유하지 않은 경우와 정성적으로 같은 거동을 보이고 있었다. Nitrogen incorporated diamond-like carbon films were deposited by r.f. glow discharge of mixtures of benzene and ammonia gases. Mechanical properities, composition and atomic bond structure were investigated when the fraction of ammonia increases from 0 to 0.79 and the negative self bias voltage of cathode from 100 to 900 V. Both the residual compressive stress and the hardness decrease from 1.7 to 1.0 GPa and from 2750 to 1700 Kgf/㎟, respectively. In addition to hydrogen, triply bonded nitrogens also play a role of teminal sites of the three dimensional atomic bond network. By considering the hydrogen concentration and the nitrogen bond characteristics, it can be shown that the mechanical properties of the films are determined by the content of three dimensional inter-links of sp² clusters. Although the mechanical properties are affected by the nitrogen addtion, its depedence on the negative bias voltage is qualitatively identical to that of pure diamond-like carbon films.

        • KCI우수등재

          다층 다이아몬드상 카본 필름의 윤할 및 마모 거동

          김명근(Myoung-Geun Kim),이광렬(Kwang-Ryeol Lee),은광용(Kwang-Yong Eun) 한국진공학회(ASCT) 1998 Applied Science and Convergence Technology Vol.7 No.1

          13.56 ㎒를 사용하는 r.f. PACVD(plasma assisted chemical vapor deposition) 방법으로 다층 다이아몬드상 카본(DLC) 필름을 Si wafer 기판 위에 합성하였다. 다층 DLC 필름은 2.5 ㎛ 두께의 순수한 DLC 필름과 0.2 ㎛ 두께의 Si이 함유된 Si-DLC 필름으로 구성되었으며, ball on disk type의 tribometer를 이용하여 대기 중에서 다층 DLC 필름의 마모거동을 고찰하였다. 표면층으로 합성된 Si-DLC 필름내의 Si 함량이 증가함에 따라 다층 DLC 필름과 AISI 52100 steel ball 사이에 0.1 이하의 낮은 마찰계수를 유지하는 기간이 증가하였다. 44,000 cycle과 158,400 cycle의 마모실험 후 측정된 다층 DLC 필름의 마모율은 각각 2.5×10^(-8)~1.8×10^(-7) ㎣/rev.과 7.1×10^(-9)~1.8×10^(-8) ㎣/rev. 로 나타났다. 158,400 cycle의 마모실험 후 측정된 마모율은 내마모 특성이 우수한 DLC 필름보다도 2배 정도 우수한 것으로 나타났다. 마모시험에 의해 형성된 debris의 조성을 분석한 결과, 이런 낮은 마찰계수와 우수한 내마모 특성은 steel ball의 wear scar 표면을 덮고 있는 Si oxide debris 층의 형성에 따른 결과로 판단되었다. 또한, 이러한 steel ball의 wear scar 표면에 형성된 debris 층을 제거하여도, 새로운 Si oxide debris 층이 wear scar 표면에 다시 생성되어 낮은 마찰계수를 유지하고 있었다. Multi-layer diamond-like carbon (DLC) films were deposited by 13.56 ㎒ r.f. PACVD method. Multi-layer DLC film was composed of 2.5 ㎛ thick pure DLC film and 0.2 ㎛ thick Si incorporated DLC (Si-DLC) film as a surface layer. Tribological behaviors of the multi-layer DLC film were investigated with a ball-on-disk type tribometer in ambient atmosphere using AISI 52100 steel ball. Low friction coefficient (<0.1) period increased with increasing the Si content in the surface Si-DLC film. The wear rate after 44,000 cycles and 158,400 cycles were the 2.5×10^(-8)~1.8×10^(-7) ㎣/rev. and 7.1×10^(-9)~1.8×10^(-8) ㎣/rev., respectively. The wear rate of the multi-layer DLC film after 158,400 cycles was about 2 times smaller than that of pure DLC films of 2.7 ㎛ thickness. This high wear resistance and low friction coefficient was caused by the formation of Si oxide layer on the wear scar surface, as confirmed by the debris composition analysis. It was further shown that this Si oxide debris layer on the wear scar surface is formed again even after removing the debris of the steel ball, which maintain the low friction coefficient between multi-layer DLC films and steel ball.

        • KCI우수등재

          이온빔 합성법에 의해 증착된 다이아몬드성 카본 필름의 구조 및 특성

          김성화(Seong-Hwa Kim),이광렬(Kwang-Ryeol Lee),은광용(Kwang Yong Eun) 한국진공학회(ASCT) 1999 Applied Science and Convergence Technology Vol.8 No.3(2)

          End hall type 이온건을 이용하여 다이아몬드성 카본필름을 합성하였다. 탄소의 공급원으로는 벤젠을 사용하였으며, 합성에 참여하는 이온의 에너지를 조절하기 위해 DC, pulsed DC 그리고 250 ㎑의 고주파 전원을 사용하여 -100에서 -800 V까지의 바이어스를 기판에 인가하였다. 본 연구에서는 바이어스 전원의 종류에 따른 합성거동과 바이어스 전압에 따른 필름의 구조와 기계적 특성의 변화를 관찰하였다. 바이어스 전압이 인가되지 않은 상태에서 합성된 필름은 39±4 ㎬의 경도와 290±50 ㎬의 탄성계수를 가지고 있었다. 이는 PACVD에 의해 합성된 필름보다 2배 내지 6배에 이르는 우수한 기계적 물성이다. 필름의 합성속도는 Kaufman type 이온건을 사용하는 것보다 매우 높았으며, 이는 end hall type 이온건이 가지고 있는 높은 이온빔 전류에 기인하는 결과이다. 필름의 물성이나 구조는 바이어스의 종류에 관계없이 바이어스 전압에만 의존하였다. 바이어스 전압이 증가함에 따라 필름의 구조는 흑연화 되고 3차원적 상호결합의 양이 감소하였으며, 이에 따라 잔류응력, 경도 그리고 탄성계수가 모두 감소하였다. Diamond-like carbon (DLC) films were deposited by using end hall type ion gun. Benzene gas was used for the generation of carbon ions. In order to systematically control the ion energy, we applied to the substrate DC, pulsed DC or 250 ㎑ medium frequency bias ranging from -100 to -800 V. We investigated the deposition behaviors depending on the type of the bias voltage, and the structure and properties of the films for various bias voltages. Without applying the bias voltage, DLC films of superior mechanical properties of hardness 39±4 ㎬ and elastic modulus 290±50 ㎬ (2 to 6 times better than those of the films deposited by plasma assisted CVD method) could be obtained. Deposition rate was much higher than when using Kaufman type ion source, which results from higher ion beam current of end hall type ion gun. The mechanical properties and atomic bond structure were independent of the bias voltage type but intimately related with the magnitude of the bias voltage. With increasing the negative bias voltage, the structure of the films changed to graphitic one resulting in decreased content of three dimensional inter-links. Degradation of the mechanical properties with increasing bias voltage could be thus understood in terms of the content of three dimensional inter-links.

        • KCI우수등재

          유리화 비정형 탄소의 전계방출 거동

          안상혁(Sang-Hyuk Ahn),이광렬(Kwang-Ryeol Lee),은광용(Kwang Yong Eun) 한국진공학회(ASCT) 2000 Applied Science and Convergence Technology Vol.9 No.2

          Mo이 코팅된 유리기판 상에 전기영동법으로 도포된 유리화 비정형 탄소분말의 전계방출 특성을 조사하였다. 탄소의 sp² 결합만으로 이루어진 유리화 비정형 탄소는 전계방출을 얻기 위한 초기화 공정 없이도 규칙적인 전계방출 거동을 보이고 있었다. 전자의 방출이 시작되는 임계전장의 크기는 3에서 4 MV/m 구간의 값을 가지고 있었으며, Fowler-Nordheim plot으로부터 평가된 effective work function은 약 0.06 eV 였다.<br/> 전류전압거동의 반복측정에 의해 관찰된 바와 같이 전계방출의 안정성 면에서 유리화비정형 탄소는 Si tip보다 우수하였으며, 도포된 전체면적에서 전면발광의 가능성을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 탄소계 물질에서 관찰되는 전계방출이 탄소의 sp³ 결합과 밀접하게 관련되어 있지 않으며, 전자가 음극물질의 표면으로 이동하는데 필요한 전기전도성, 혹은 기판과 음극물질 계면에서의 전자이동 등이 전계방출의 거동을 결정하는 중요한 요인임을 보여주고 있다. Field emission behavior from vitreous carbon powders deposited on Mo coated glass by electrophoretic method was investigated. Although the vitreous carbon has only sp² hybridized carbon bond, we could observe an excellent field emission behavior. Reproducible electron emission was observed without initiation process which is known to be needed in most carbon cathode materials. Critical electric field for electron emission was in the range from 3 to 4 MV/m. The effective work function was estimated to be about 0.06 eV, as obtained from the slope of Fowler-Nordheim plot. The stability of the emission behavior characterized by repeated I-V measurements, was much superior to the Si tips. We observed the possibility of full area light emission in vitreous carbon materials. This results showed that the field emission is not intimately related to the sp³ hybridization of carbon, but the electrical properties of cathode/electrode interface or the conductivity of the cathode materials which required for the electron transport to the cathode surface.

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