기판 바이어스 DC 전원의 종류와 반응가스 분압비가 3성분계 B-C-N 코팅막의 합성과 마찰 특성에 미치는 영향 (Effects of DC substrate bias power sources and reactant gas ratio on synthesis and tribological properties of ternary B-C-N coatings)

서지정보

· 발행기관 : 한국표면공학회
· 수록지 정보 : 한국표면공학회지 / 44권 / 2호 / 60 ~ 67페이지
· 저자명 : 정다운, 김두인, 김광호

초록

RF 스퍼터링법을 이용하여 B_4C 타겟으로부터 CH_4/(N_2+CH_4) 반응가스 분압비를 조절하고, 두 가지 다른 바이어스 전원인 연속 DC와 유니폴라 DC를 사용하여 3성분계 B-C-N 코팅막을 실리콘 웨이퍼 위에 증착하였다. 반응가스 분압비와 바이어스 전원의 종류가 B-C-N 코팅막의 조성, 결합의 종류 및 양에 미치는 영향 그리고 최종적으로 마찰계수 및 마모 특성에 미치는 영향을 조사하였다.
B-C-N 코팅막은 거의 비정질 상태로 형성되었음을 알 수 있었으며, FTIR 분석결과로부터 코팅막내의 결합의 종류는 주로 h-BN, C-C, B-C, C-N 결합들이 반응가스 분압비에 따라 그 종류와 양이 변화함을 발견할 수 있었다. 바이어스 전원으로서 유니폴라 DC는 연속 DC보다 코팅막내의 B:N 비율을 안정적으로 유지시키며 탄소의 성분을 더욱 증가시키는 현상이 발견되었다. 코팅막의 마찰계수가 작아지기 위해서는 일단 C-C 결합이 풍부해야 하며, 두번째로 h-BN결합이 많아야 되나, 비슷한 조건에서는 B-C결합이 적을수록 마찰계수가 작아지며 마모특성이 개선된다는 것을 유추할 수 있었다. 본 연구의 범위에서 BC_(1.9)N_(2.3) 조성의 코팅막은 우수한 마모특성을 보였다.

영어초록

Ternary B-C-N coatings were deposited on Si(100) wafer substrate from B4C target by RF magnetron sputtering technique in Ar+N_2+CH_4 gas mixture. In this work, the effect of reactant gas ratio, CH_4/(N_2+CH_4) on the composition, kinds and amounts of bonding states comprising B-C-N coatings were investigated using two different bias power sources of continuous and unipolar DCs. In addition, the tribological properties of coatings were studied with the composition and bonding state of coating. It was found that the substrate bias power had an effect on chemical composition, and all of the obtained coatings were nearly amorphous. Main bonding states of coatings were revealed from FTIR analyses to be h-BN, C-C, C-N, and B-C. The amount of C-C bonging mainly increased with increase of the reactant gas ratio. From our studies, both C-C and h-BN bonding states improved the tribological properties but B-C one was found to be harmful on those. The best coating from tribological points of view was found to be BC_(1.9)N_(2.3) composition.

참고자료

· 없음