박막 특성 평가

소개

현재 진행되는 대부분의 과학, 공학 연구는 박막 연구라고 할 수 있다. 이에 대부분의 연구자는 SEM, TEM을 수시로 확인하면서 자신의 결과를 확인하고 있는 바이다. 그러나 간과하는 것이 박막의 기계적 특성, 즉 경도이다. 이에 본 글에서 경도측정의 방법과 SEM, TEM, XRD, AES, RBS, FTIR의 물성평가 방법의 원리와 특징, 장단점 등에 대해 정리했다.

목차

박막 특성 평가

1. 경도측정
◆Nano indentation

2. 박막의 Adhesion 측정
(1) Pull-off test
(2) Scratch test
(3) Indentation Cracking test
3. SEM
4. TEM
5. XRD
6. AES
7. RBS
8. FTIR

본문내용

1. 경도 측정
일반적으로 경도는 “변형에 대한 저항”을 나타내며, 금속의 경우 소성변형에 대한 척도라고 말할 수 있다. 경도는 상대적인 것으로 변형저항의 상태, 변형량, 저항측정 및 하중부하방법에 따라 달라진다. 경도를 측정하는 방법으로는 시험하는 방법에 따라 긁기경도(scratch hardness), 반발경도(rebound hardness), 압입경도(indentation hardness)로 나눈다. 이 중 압입경도가 금속재료의 경도측정에 널리 사용되고 있다.
압입경도를 정확히 측정하기 위해서는 압자는 시편 표면에 수직이 되어야하고, 압자가 변형이 되면 사용하지 못한다. 그리고 충격적인 하중은 피해야 하며, 시편은 수평이면서 표면에 pit, 스케일 등은 깨끗이 제거되어야 한다. 시험편의 두께는 압흔 깊이의 10배 이상이 되어야 하며, 압흔은 시편 가장자리로부터는 직경의 2.5배, 압흔 자국으로부터는 직경의 5배 이상이 되도록 해야 한다.
◆Nano indentation
Nanoindentation은 최근의 경도 측정방법으로 박막과 같은 수 μm order 이하의 미소영역에서의 물성평가를 위해 새로 개발된 시험법이다. indentor의 압입 과정을 전기적인 방법으로 측정하여 indentation curve를 측정하는 방법인데 이 curve를 통하여 plastic hardness 와 universal hardness(소성 및 탄성변형 모두의 영향을 받은 경도) 및 탄성 계수를 측정할 수 있다. 이에 따라 압입하중-변위곡선을 얻음으로써 재료의 탄성 및 소성변형에 대한 정보를 동시에 제공해 주게 된다. (압입 하중 제거시 탄성회복 거동 분석함으로 탄성계수 구하고 압입하중-변위곡선의 면적으로부터 재료의 변형에너지를 구할 수 있다.)
Nanoindentation에서 주로 사용되는 압입자의 형태를 살펴보면 Berkovich압입자가 사용되며 모양은 다이아몬드의 결정학적 방향에 따라 보다 날카로운 tip을 만들 수 있게 되어 있고 삼각뿔 형태이다.

참고자료

· 없음