반응성 스퍼터링으로 제작된 SixOy-SixNy 적층구조의 반사방지 코팅 응용

김창조,이붕주,신백균 한국진공학회 2010 Applied Science and Convergence Technology Vol.19 No.5

In this paper, anti-reflection coating was investigated for decreasing the reflection in visible range of 400∼650 [nm] through four staked layers of SixOy and SixNy thin films prepared by reactive sputtering method. Si single crystal of 6 [inch] diameter was used as a sputtering target. Ar and O2 gases were used as sputtering gases for reactive sputtering for the SixOy thin film, and Ar and N2 gases were used for reactive sputtering for the SixNy thin film. DC pulse power of 1900 [W] was used for the reactive sputtering. Refractive index and deposition rate were 1.50 and 2.3 [nm/sec] for the SixOy, and 1.94 and 1.8 [nm/sec] for the SixNy thin film, respectively. Considering the simulation of the four layer anti-reflection coating structure with the above mentioned films, the SixOy-SixNy stacked four-layer structure was prepared. The reflection measurement result for that structure showed that a "W" shaped anti-reflection was obtained successfully with a reflection of 1.7 [%] at 550 [nm] region and a reflection of 1 [%] at 400∼650 [nm] range. 본 논문에서는 반응성 스퍼터링(Reactive Sputtering) 공정으로 SixOy 박막과 SixNy 박막을 4층 구조로 적층하고 400∼700 [nm]의 가시광 영역에서 빛의 반사를 줄이기 위한 반사방지 코팅(Anti-Reflection Coating)으로의 응용 가능성을 조사하였다. 스퍼터링 타겟으로 6 [inch] 직경의 Si 단결정을 사용하였고, 반응성 스퍼터링 가스는 SixOy 박막 증착에서 Ar과 O2를, SixNy 박막 증착에서는 Ar과 N2를 사용하였으며, 스퍼터링 파워로는 DC pulse를 사용하였다. 1,900 [W] DC pulse power에서 Ar:O2=70:13 [sccm]의 반응성 스퍼터링으로 2.3 [nm/sec]의 증착률과 1.50의 굴절률을 보이는 SixOy 박막을 제작하였고, Ar:N2=70:15 [sccm]의 반응성 스퍼터링으로 1.8 [nm/sec]의 증착률과 1.94의 굴절률을 보이는 SixNy 박막을 제작하였다. 이 두 종류의 박막을 이용해서 시뮬레이션을 통해 4층 구조의 반사방지 코팅 구조를 설계한 후, 설계결과에 따라 각 박막의 두께를 순차적으로 변화시켜 증착하였다. 4층 구조 SixOy-SixNy 의 반사도 측정 결과 550 [nm] 대역에서 1.7 [%]의 반사와 400 [nm]와 650 [nm] 영역에서 1 [%]의 반사를 보였으며, 가시광 영역에서 성공적인 “W” 형태의 반사방지 코팅 특성을 보였다.

알루미늄 스퍼터링 처리 의류소재의 스텔스 특성과 전자파 차단 및 전기적 특성에 관한 연구- 밀도 변화를 중심으로 -

한혜리 복식문화학회 2022 服飾文化硏究 Vol.30 No.4

This study examines the surface characteristics, electrical conductivity, electromagnetic wave blocking characteristics, infrared (IR) transmittance, stealth function, thermal characteristics, and moisture characteristics of IR thermal imaging cameras. Nylon film (NFi), nylon fabric (NFa), and 5 types of nylon mesh were selected as the base materials for aluminum sputtering, and aluminum sputtering was performed to study IR thermal imaging, color difference, temperature change, and so on, and the relationship with infrared transmittance was assessed. The electrical conductivity was measured and the aluminum-sputtered nylon film demonstrated 25.6kΩ of surface resistance and high electrical conductivity. In addition, the electromagnetic wave shielding characteristics of the sputtering-treated nylon film samples were noticeably increased as a result of aluminum sputtering treatment as measured by the electromagnetic wave blocking characteristics. When NFi and NFa samples with single-sided sputtering were placed on the human body (sputtering layer faced the outside air) and imaged using IR thermographic cameras, the sputtering layer displayed a color similar to the surroundings, showing a stealth effect. Moreover, the tighter the sample density, the better the stealth function. According to the L, a, b measurements, when the sputtering layer of NFi and NFa samples faced the outside air, the value of a was generally high, thereby demonstrating a concealing effect, and the △E value was also high at 124.2 and 93.9, revealing a significant difference between the treated and untreated samples. This research may be applicable to various fields, such as the military wear, conductive sensors, electromagnetic wave shielding film, and others.

공진초음파분광법을 이용한 스퍼터링타겟 접합불량 검사 타당성 연구

지봉규,박재하,조승현 한국비파괴검사학회 2020 한국비파괴검사학회지 Vol.40 No.5

스퍼터링타겟은 반도체 및 디스플레이 제조에 많이 활용되는 스퍼터링 공정의 원료와 전극역할을 하는 후면판을 접합시킨 것으로써, 타겟 재료와 후면판의 접합상태 불량은 제품의 품질이나 공정 효율에 많은 영향을 미치므로 엄격한 접합품질의 사전 검사가 요구된다. 기존 대부분의 스퍼터링타겟의 검사는 수침초음파스캔 방법을 이용하여 검사를 수행하였으나, 최근 디스플레이 공정에 많이 사용되는 재료중 물에 반응하는 IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide)계열의 타겟의 경우 수침 검사가 어려워서 적절한 검사 수행의 어려움이 있었다. 본 연구에서는 전자기음향트랜스듀서(EMAT, electromagnetic acoustic transducer)와 초음파공진분광 기법을 이용하여 물과 접촉 없이 스퍼터링타겟의 접합불량을 검사하는 방법을 제안하고자한다. 이를 위해서 대상이 되는 스퍼터링타겟 시편의 검사에 적합한 EMAT을 제작하고 접합면의 공진분광 특성을 스캔하여 접합불량을 검사하였다. 측정결과 폭 1 mm 이상의 접합 손상부를 검출하였으며, 제안한 방법의 스퍼터링타겟 접합불량 검사 가능성을 확인하였다. Sputtering targets comprise a target material suitable for sputtering processes and a backplate that serves as an electrode. The target material bonds to the backplate via a thin indium bonding layer. Bonding conditions affect the efficiency of the sputtering process because defects in the bonding layer induce inhomogeneity in the applied electric field and an abnormal rise in temperature. Therefore, prior inspection of the bonding condition is essential. Typically, an immersion ultrasonic C-scan method is applied for the inspection of the sputtering target. However, this technique cannot be applied to an indium gallium zinc oxide target material, which is mainly used as a core material for display products, because the gallium dissolves in water. In this paper, a method to inspect the bonding condition of sputtering targets is proposed. The method involves using electromagnetic acoustic transducers (EMAT) and resonance ultrasonic spectroscopy to avoid the use of water coupling. An EMAT suitable for defect detection in the bonding layer was manufactured. The defect in the bonding layer of the target specimen was detected by scanning the resonance in the backplate layer. The results indicated that a defect of 1 mm can be detected. Hence, the results confirmed the feasibility of the proposed technique.

직류 마그네트론 스퍼터링으로 증착된 은 박막에서의 산소 검출에 관한 연구

곽동열(Dong Ryul Kwak),조승범(Seung Bum Cho),강동찬(Dong Chan Kang),김용성(Yong Sung Kim),박태성(Tae Sung Park),박익근(Ik Keun Park) 한국비파괴검사학회 2018 한국비파괴검사학회지 Vol.38 No.5

박막 증착 공정에서는 기판 온도, 압력, 전압뿐만 아니라 스퍼터링 공정에서 발생된 산소의 검출량과 같은 미소량의 변수가 박막의 특성에 영향을 미칠 수 있다. 본 연구에서는 고진공의 직류 마그네트론 스퍼터링 공정으로 제작된 박막에서 산소의 존재 여부를 확인하기 위해 유리 기판 위에 110 nm의 두께로 은박막을 증착하였다. 스퍼터링 공정에서 DC 출력 제어 및 아르곤 분압 조절 조건과 DC 출력 조절 및 아르곤분압 제어 조건을 다르게 하여 박막을 제작하였고 X선 회절분석법과 레이저 유도 플라즈마 분광분석법을 적용하여 산소의 검출 여부를 확인하였다. 스퍼터링 공정에서 발생된 산소 음이온의 영향으로 은 박막의 표면과 깊이 방향으로 산소가 분포되었고 스퍼터링 조건에 따라 산소의 양이 다르게 검출됨을 확인하였다. The properties of thin films can be effected by small variations such as in the amount of oxygen present during thin film deposition and in sputtering parameters, including the substrate temperature, working pressure, and sputtering voltage. In this study, silver thin films with 110 nm thickness were deposited on a glass substrate by DC magnetron sputtering with high vacuum levels for oxygen detection. The silver thin films were fabricated by keeping the DC output voltage constant and varying the Ar pressure and then varying the DC output voltage and keeping the Ar pressure constant in the sputtering process. Then, X-ray diffraction and laser-induced breakdown spectroscopy analyses were conducted to detect the induced oxygen in the films. The results showed that induced oxygen was present on the surface and along the direction of depth due to the oxygen ions in the sputtering process and that the amount of oxygen differed according to the sputtering parameters.

Co-sputtering법으로 제작된 박막형 태양전지용 CuInSe₂ 광활성층의 후열처리 온도에 따른 전기적 및 구조적 특성

김지환,김해진,김동영,이혜지,손선영,김종재,김화민 한국물리학회 2010 새물리 Vol.60 No.2

In this study, the electrical and structural properties as functions of the post-annealing temperature of the CuInSe (CIS) absorber for thin-film solar cells fabricated by using the co-sputtering method have been investigated. The CIS absorber was deposited at 10W by using DC (Cu,In) and RF (Se) magnetron sputtering methods, and the films, fabrication in sequence of In+Se, Cu+Se, Se, Cu+Se, and In+Se, were post-annealed for 5 min at temperature from RT ~550 ˚C. Among them, particularly, the CIS thin film annealed at 550˚C clearly showed a CuInSe₂ (112) preferred orientation with a chalcopyrite structure in the XRD spectra and/or the peaks of CuInSe₂ (112) and CuInSe₂ (220/204). We also confirmed an increase in grain size and an improved crystallinity in the CIS film from analyzes of the full with, at half maximum (FWHM)and the intensities of the peaks. Moreover, we Hall effect measurements showed that the carrier concentration and the mobility in the CIS thin film annealed at 550 ˚C, compared with the film without post-annealing, were increased, and the resistivity was decreased to about 10□Ω·cm. Particularly,Electrostatic Force Microscopy (EFM) images, gave the distributions of particles, which showed that the electrical conductivity due to the increased surface potential energy in the CIS thin film annealed at 550˚C was enhanced, which could affect a the device efficiency. 본 연구에서는 co-sputtering법을 이용하여 CuInSe₂(CIS) 광활성층을기반으로 한 박막형 태양전지에서 후열처리 온도에 따른 박막의 전기적,구조적 특성에 대해 분석하였다. CIS 광활성층은 DC(Cu,In)와 RF(Se)magnetron sputtering법을 이용하여 10 W에서 증착되었으며, In+Se,Cu+Se, Se, Cu+Se, In+Se의 순으로 박막을 증착 시킨 후 실온~550˚C까지 5분간 후열처리를 하였다. 박막들 가운데, 550˚C에서 열처리된 CIS 박막은 XRD 패턴에서 chalcopyrite 구조의CuInSe$_2$ (112) 우선 배향성 피크와 CuInSe₂ (220/204), CuInSe₂(312/116)의 피크가 뚜렷하게 나타났으며, 반가폭과 피크의 강도를분석한 결과 결정립의 크기 증가와 결정성이 향상되었다는 것을 확인할수 있었다. 또한 Hall Effect 측정으로부터 열처리 하지 않은 박막과비교해 550˚C에서 열처리된 CIS 박막의 전하 농도와 이동도는증가하였고, 비저항은 10□Ω·cm정도 감소한 결과를나타내었다. 특히, EFM 이미지의 결과로부터, 550˚C에서열처리된 CIS 박막에서 증가된 표면 포텐셜 에너지로 인해 전기 전도성이향상된 입자들의 분포를 확인하였으며, 이는 소자 효율에 영향을 줄 수있다.

Growth of AlN Thin Film on Sapphire Substrates and ZnO Templates by RF-magnetron Sputtering

Hyunseok Na(나현석) 한국진공학회(ASCT) 2010 Applied Science and Convergence Technology Vol.19 No.1

먼저 RF 마그네트론 스퍼터링법을 이용하여 사파이어 기판 위에 AlN 박막을 증착하였다. AlN 공급원으로는 분말소결된 AlN 타겟을 적용하였다. 플라즈마 파워를 50에서 110 W로 증가시켰을 때 AlN 층의 두께는 선형적으로 증가하였다. 그러나 동작압력을 3에서 10 mTorr로 증가시켰을 때는 동작기체인 아르곤 양이 증가함에 따라 AlN 타겟으로부터 스퍼터링되어 나온 AlN 입자들의 평균자유행정의 거리가 감소하기 때문에 AlN 층의 두께는 약간 감소하였다. 질소 기체를 아르곤과 섞어주었을 때는 질소의 낮은 스퍼터링 효율에 의해서 AlN의 두께는 크게 감소하였다. 다음으로는 ZnO 형판 위에 AlN를 증착하였다. 그러나 700도 이상의 열처리에 의해서 AlN와 ZnO의 계면이 약간 분리되어 계면의 열적 안정성이 낮다는 결과를 얻었다. 게다가 스퍼터링으로 증착한 AlN 박막의 나쁜 결정성으로 인하여 700도에서 MOCVD의 반응기기체인 수소와 암모니아에 의해서 AlN 밑의 ZnO 층이 분해되는 현상도 관찰하였다. 그리고 900도 이상에서는 ZnO가 완전히 분해되어 AlN 박막이 완전히 분리되었다. AlN thin films were deposited on sapphire substrates and ZnO templates by rf-magnetron sputtering. Powder-sintered AlN target was adopted for source material. Thickness of AlN layer was linearly dependent on plasma power from 50 to 110 W, and it decreased slightly when working pressure increased from 3 to 10 mTorr due to short mean free path of source material sputtered from AlN target by Ar working gas. When N₂ gas was mixed with Ar, the thickness of AlN layer decreased significantly because of low sputter yield of nitrogen. AlN layer was also deposited on ZnO template. However, it showed weak thermal stability that the interface between AlN and ZnO was deteriorated by rapid thermal annealing treatment above 700℃. In addition, ZnO layer was largely attacked by MOCVD ambient gas of hydrogen and ammonia around 700℃ through inferior AlN layer deposited by sputtering. And AlN layers were fully peeled off above 900℃.

반응성 스퍼터링법으로 제조된 TaN 박막의 특성에 관한 연구

정운조 ( Woon-jo Jeong ),문인섭 ( In-seob Moon ),조순계 ( Soon-kye Cho ),부수일 ( Su-il Boo ),안호근 ( Ho-geun Ahn ) 한국환경기술학회 2007 한국환경기술학회지 Vol.8 No.3

높은 경도와 밀착력이 요구되는 각종 공구류 코팅 및 정밀 박막 저항체로서 혹은 집적회로에서 구리나 알루미늄 배선에 대한 확산 방지막으로 가장 효과적인 TaN 박막의 균일 코팅 공정 기술을 반응성 스퍼터링 방법으로 제조하고 그 구조적 및 기계적 특성을 고찰하였다. 그 결과 DC sputtering 법에서 도출된 최적의 기판온도와 질소 가스비는 각각 100℃, 20% 부근 이었으며, 이때 제작된 TaN 박막의 비커스 경도와 부착력 및 면저항은 각각 약 4,000Hv, 30N, 1mΩ/square 부근으로 나타났다. Tantalum nitride(TaN) thin films are attractive for use as the coating of various precision tools which need hardness and adhesion, or the precision thin film resistors, and the diffusion barriers in metal(copper or aluminum)-semiconductor contacts. In this work, we have investigated the mechanical and structural properties of TaN films fabricated by a reactive sputtering technique at different nitrogen partial pressures. From the sputtering results, the optimal values for the substrate temperature and the nitrogen gas ratio were around 100℃ and 20% respectively. Under these conditions, vickers hardness, adhesion force, and sheet resistance were estimated at around 4,000Hv, 30N, 1mΩ/square respectively.

RF 마그네트론 스퍼터링법으로 제작한 산화아연 박막의 결정 구조 및 표면 특성

이봉주,이명복 한국물리학회 2018 새물리 Vol.68 No.7

In this paper, we investigate the hydrophobic properties of ZnO thin films according to their crystal structure and surface morphology. We deposited ZnO thin films on Si and glass substrates by using RF magnetron sputtering and investigated the variations in the crystalline orientation and surface morphology with changes in the sputtering process conditions. The grain size and the surface roughness decreased with increasing of O$_2$ gas molar ratio in an ambient gas mixture of Ar and O$_2$ during film deposition. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) results showed that neither the chemical state nor the composition depended on the Ar/O$_2$ gas ratio in the ambient gas mixture. The contact angle of water on the film's surface became larger as the grain size and the surface roughness of the film decreased. Therefore, one can conclude that the hydrophobicity of the ZnO film depends strongly on its surface morphology and roughness of the film rather than on its crystalline structure and chemical state. 본 논문에서는 산화아연 박막의 결정 구조 및 표면형상에 따른 산화아연 박막 표면의 친$\cdot$소수성에 대하여 연구하고자 한다. RF 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering)을 이용하여 Si 및 유리 (glass) 기판 위에 산화아연 박막을 증착하여, 스퍼터링 조건에 따른 결정 구조 및 배향성과 표면형상의 변화를 조사하였다. 스퍼터링 시에 분위기 혼합가스 중 아르곤과 산소 가스의 비율 변화에 따른 산화아연 박막의 표면 형상을 관찰한 결과, 산소 가스의 몰 비가 높아질수록 결정립이 작아지고 표면이 미세해졌다. XPS 분석 결과 혼합가스의 몰 비에 따른 산화아연 박막의 표면 화학결합 상태 및 조성은 변화하지 않았다. 산화아연 박막의 물방울과의 접촉각을 측정한 결과, 산화아연 박막 표면의 표면거칠기와 결정립이 작아질수록 접촉각이 커지는 경향을 나타내었다. 따라서, 산화아연 박막의 친소수성 여부는 결정 구조나 배향성, 표면원자의 화학결합 상태보다는 박막의 표면 형상 및 거칠기에 더 좌우되는 것으로 판단된다.

RF 마그네트론 스퍼터링법으로 제작한 이산화티타늄 박막의 표면 및 광학적 특성

이봉주,윤연섭,이명복 한국물리학회 2020 새물리 Vol.70 No.7

Titanium dioxide (TiO2) films were deposited on glass substrates by using RF magnetron sputtering, and their optical and surface properties were investigated according to the sputtering process condition. Variations in the crystal structure, surface morphology, optical spectra, and hydrophilicity of the films were characterized with changing O2 partial pressure in an ambient gas. The grown films were amorphous, and their surface roughness decreased with increasing of O2 partial pressure. Partial substitution of O2 for Ar increased the optical transmittance and decreased the reflection in the wavelength range of visible light. The hydrophilicity of the film’s surface decreased with increasing O2 partial pressure, which was considered to be the cause of the variation in the film’s surface roughness. RF 마그네트론 스퍼터링법을 사용하여 이산화티타늄(TiO2) 박막을 유리 기판 위에 증착하고, 스퍼터링공정 조건에 따른 박막의 광학적 특성 및 표면 특성의 변화에 대하여 조사하였다. 박막 증착 시 분위기가스 중의 산소 분압의 변화에 따라 박막의 결정 구조, 표면 형상, 광학 스펙트럼 및 친수성의 변화를평가하였다. 박막의 결정구조는 비정질 상으로 성장하였고 산소 분압의 증가에 따라 박막의 표면 거칠기는감소하였다. 아르곤 가스에 산소를 혼합함에 따라 가시광의 파장 범위에서 광투과율이 증가하고 반사율은감소하였다. 박막 표면의 물방울과의 접촉각 측정 결과, 산소 분압의 증가에 따라 박막 표면의 친수성은감소하였으며 이는 박막의 표면 거칠기의 변화에 기인하는 것으로 추정된다.

PVD에 따른 PEEK 소재의 기계적 특성 변화 및 열 영향에 관한 연구

최시영,정찬만,이호준,신태성,임상진 한국기계기술학회 2020 한국기계기술학회지 Vol.22 No.2

EMI(Electro Magnetic Interference) is a very important factor to consider in electronic equipment. For EMI coating, it is applied to the sputtering electronic equipment housing made by PEEK. The question arises that there may be physical changes in the PEEK material due to heat generated during sputtering. During sputtering inside the chamber, the degree of temperature due to the heat was measured indirectly, and characteristics such as bending capacity, tensile strength, impact strength, flexural strength were measured to understand physical changes. Tensile strength and the flexural strength increased by 14.5 to 18 compared to the base group. And the impact strength of the un-notched specimens was increased. Overall, there has been no change in the physical properties of PEEK due to heat generated during sputtering deposition.