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지식나눔

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접착 강도

2015-09-08 org.kosen.entty.User@3352159a 정동진(jdj1028)
  • 2
박막 시 접착 강도 관련 문의드립니다.
세라믹 기판(Al2O3, AlN, etc.)에 박막 증착을 하려 합니다. 기판과 박막 금속층간의 접착 강도를 향상하기 위한 방법이나 관련 자료를 구할 수 있을지요? 일부 문헌을 보니 NiCr, Ti, TiW 등이 나오던데 이러한 물질이 어떻게 접착 강도를 내는지 궁금합니다. 그리고 그 외에 다른 방법이나 강도를 더 향상시킬수 있는 방안은 없을지요?
상기 내용과 관련 많은 조언 부탁드립니다. 감사합니다. 
 
  • 박막
  • adhesion
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답변 2
  • 답변

    신동협님의 답변

    2015-09-09
    • 4
    박막을 증착하시려는 방법이 스퍼터링이라면 다음의 웹사이트에 들어가시면

    기판과 박막 사이의 접착되는 원리와 향상 시킬 수 있는 방법 (온도.. 등 공정변수) 등이 자세히 서술되어

    있습니다. http://marriott.tistory.com/163
    답변수정
    박막을 증착하시려는 방법이 스퍼터링이라면 다음의 웹사이트에 들어가시면

    기판과 박막 사이의 접착되는 원리와 향상 시킬 수 있는 방법 (온도.. 등 공정변수) 등이 자세히 서술되어

    있습니다. http://marriott.tistory.com/163
    정동진(jdj1028) 2015-09-09

    감사합니다. 잘 참고토록 하겠습니다.

    황준필(junpil89) 2015-09-09

    감사합니다 ^^

    김강형(kimsimon) 2015-09-10

    혹시 그 블로그 운영자이신가요?
    좋은 내용으로 채워져 있고 따듯한 마음이 느껴져서 좋았습니다.

    신동협(dhshin82) 2015-09-10

    저는 운영자가 아닙니다. 매번 스퍼터링에서 고민이 생길 때마다 찾아보는 사이트입니다. 많은 분들이 도움이 되었으면 합니다. 가끔 운영자에게 감사의 인사를 나누는 것도 좋을 것으로 생각됩니다.

    김종수(kjskumal) 2015-09-10

    감사합니다 ^^

    전건우(blazewoo8853) 2015-09-30

    잘 보고 갑니다.

  • 답변

    김강형님의 답변

    2015-09-09
    • 2

    첨부파일

    1. 접합강도는 박막과 기판 사이의 물성차이 때문에 약해집니다.
       따라서 열팽창률, 열전도율, 영률, Poisson ratio 등 물성들을 비교하셔서 기대하는 물성을 만족하면서도 차이가 적은 소재와 증착 방법을 선택하셔야 합니다.
    2. 박막의 성장기구는 고온에서 용융되어 있던 원자가 기판에서 응고하는 것과 같은 에너지 감소과정을 거친다고 생각하시면 쉽게 이해됩니다. 실제 용융상태가 아니라도 재료는 그 정도의 에너지를 가진 상태에서 낮은 에너지 상태로 바뀌고 있습니다.
     따라서 박막 증착방식이 어느 정도의 에너지를 부여하는 것인지 고려하는 것은 증착된 박막의 에너지 상태 즉, 응력 상태를 예측하는데 도움이 됩니다.
     증착방식의 에너지 부여가 얼마나 되는지 비교해 보세요. 
     일반적으로는 Thermal CVD< PVD< LASER< Plsma< Ion Beam 으로 생각됩니다.
    3. 단일 금속을 증착하는 것보다는 합금이 더 높은 응력 상태가 됩니다.
    무조건 그런 것은 아닙니다만 대개의 합금은 증착된 후 응력이 높습니다. 응력이 높은 것이 나쁘기만 한 것은 아닙니다. 그로 인해 경도가 높아지니까요.
    Ni-Al합금은 합금이지만 응력이 낮아 증착층의 응력을 낮추기 위해 프라이머층으로 많이 활용합니다.
    합금의 응력이 높을 지 낮을 지를 구분하는 것은 원소들의 결정구조가 무엇인지 확인해서 서로 다른 격자구조를 가질 때, 그리고 원자 반경차가 15%에 가까와질수록 합금 후 응력이 커질 가능성이 높습니다. 이런 원리로 보면 합금원소의 수가 증가할 수록 증착층의 응력이 커질 가능성이 높아지겠죠?
    4. 기판의 표면상태도 영향을 미칩니다.
    증착하기 전에 기판이 어떤 과정을 거쳤는가에 따라 기판표면에 인장응력이 잔류하게 되면 접합강도가 저하할 가능성이 높습니다. 기판에 열응력이 가해졌다면 이미 기판에 인장잔류응력이 형성되고 합금을 증착하면서도 인장잔류응력을 남기게 되므로 전체 인장잔류응력이 가중되기 때문입니다.
    Sand Blasting이나 Diamond입자를 이용한 Polishing은 인장응력을 낮추는 효과를 가져옵니다.
    그러나 경질입자 숫돌을 이용한 연마는 인장잔류응력을 유발합니다.

    조금이나마 도움이 되셨으면 좋겠습니다.
    답변수정
    1. 접합강도는 박막과 기판 사이의 물성차이 때문에 약해집니다.
       따라서 열팽창률, 열전도율, 영률, Poisson ratio 등 물성들을 비교하셔서 기대하는 물성을 만족하면서도 차이가 적은 소재와 증착 방법을 선택하셔야 합니다.
    2. 박막의 성장기구는 고온에서 용융되어 있던 원자가 기판에서 응고하는 것과 같은 에너지 감소과정을 거친다고 생각하시면 쉽게 이해됩니다. 실제 용융상태가 아니라도 재료는 그 정도의 에너지를 가진 상태에서 낮은 에너지 상태로 바뀌고 있습니다.
     따라서 박막 증착방식이 어느 정도의 에너지를 부여하는 것인지 고려하는 것은 증착된 박막의 에너지 상태 즉, 응력 상태를 예측하는데 도움이 됩니다.
     증착방식의 에너지 부여가 얼마나 되는지 비교해 보세요. 
     일반적으로는 Thermal CVD< PVD< LASER< Plsma< Ion Beam 으로 생각됩니다.
    3. 단일 금속을 증착하는 것보다는 합금이 더 높은 응력 상태가 됩니다.
    무조건 그런 것은 아닙니다만 대개의 합금은 증착된 후 응력이 높습니다. 응력이 높은 것이 나쁘기만 한 것은 아닙니다. 그로 인해 경도가 높아지니까요.
    Ni-Al합금은 합금이지만 응력이 낮아 증착층의 응력을 낮추기 위해 프라이머층으로 많이 활용합니다.
    합금의 응력이 높을 지 낮을 지를 구분하는 것은 원소들의 결정구조가 무엇인지 확인해서 서로 다른 격자구조를 가질 때, 그리고 원자 반경차가 15%에 가까와질수록 합금 후 응력이 커질 가능성이 높습니다. 이런 원리로 보면 합금원소의 수가 증가할 수록 증착층의 응력이 커질 가능성이 높아지겠죠?
    4. 기판의 표면상태도 영향을 미칩니다.
    증착하기 전에 기판이 어떤 과정을 거쳤는가에 따라 기판표면에 인장응력이 잔류하게 되면 접합강도가 저하할 가능성이 높습니다. 기판에 열응력이 가해졌다면 이미 기판에 인장잔류응력이 형성되고 합금을 증착하면서도 인장잔류응력을 남기게 되므로 전체 인장잔류응력이 가중되기 때문입니다.
    Sand Blasting이나 Diamond입자를 이용한 Polishing은 인장응력을 낮추는 효과를 가져옵니다.
    그러나 경질입자 숫돌을 이용한 연마는 인장잔류응력을 유발합니다.

    조금이나마 도움이 되셨으면 좋겠습니다.
    정동진(jdj1028) 2015-09-09

    감사합니다.

    신동협(dhshin82) 2015-09-10

    잘 참고 하겠습니다.

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