pvd실험보고서

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목차

1.실험제목

2.실험목적

3.실험의 이론
실험방법
실험결과
고찰

본문내용

구강을 이용한 정밀 절삭공구나 정밀 금형에 가장 적합한 것으로 생각된다.
물리증착법중에서도 최근에 주목을 받고 있는 플라즈마 아크식 이온플레이팅법(일명 이온 본드법)은 러시아에서 개발된 이온플레이팅법이다. 기술 사용권리를 미국의 멀티아크(Multiarc)사가 취득하여 실용적인 생산설비 개선과 그 조업기술을 계속하여 향상시켜 왔다. 이미 미국을 비롯한 선진국은 물론이고, 인도, 중국, 브라질 등에서 코팅기술센터방식의 수탁가공이나 공구메이커의 전용 가공시설로 도입 운영되고 있는 실정이다.
이 이온플레이팅은 진공 용기 내에 증착시키고 싶은 금속을 증발시켜, 1) 피가공물의 표면에 금속피막을 증착시키거나, 2) 동시에 반응가스를 진공 용기 내에 도입하여 피가공물의 표면에 두 성분으로 된 화합물을 형성시키는 두 가지 경우가 있다. 세라믹 코팅에는 후자가 이용되는 것이며, 반응성 이온플레이팅이라고도 부른다.
두 경우 모두 진공 용기 내에서 증발된 금속은 그로우방전이나 다른 이온화 수단을 사용하여 일부 또는 전부가 이온화되어, 플라즈마 상태로 되어 있다. 뒤이어 피가공물에 마이너스의 바이어스 전압을 걸어 플라즈마 상태로 된 이온에 큰 운동에너지를 부여하면, 이온화 된 금속이 피가공물의 표면에 충돌하여 부착력이 큰 피막을 형성하게 된다. 이것이 단순한 진공증착과는 다른 점이다.
이온플레이팅 중에서도 멀티아크사가 채용하고 있는 플라즈마아크식 물리증착법은 금속을 증발시키는 장치에 기술적인 특징이 있다. 즉 다른 일반적인 이온플레이팅법에서는 전자총을 이용하여 노내의 금속을 용해하여 금속을 증발시키는데 비하여, 멀티아크사의 것은 아크방전을 사용하는 점이다.
또한 아크방전의 증발장치인 evaporator는 특수하게 설계되어 겉보기에는 금속이 용융상태를 거치지 않고 고체에서 바로 직접 기체가 되는 승화현상이 일어나는 것으로 보인다. 그러므로 evaporator는 그림 5-2에서 알 수 있는 것처럼 진공용기의 측면과 천장에까지 여러 개 부착할 수가 있다.
다시 말하면, 아크방전으로 금속을 급속하게 증발시키는 까닭에 증발된 금속의 일부는 이온으로 되어 플라즈마가 되고, 증발원과 피처리물간에 걸린 바이어스 전압에 의한 그로우방전으로 플라즈마화가 촉진된다. 이 점이 다른 이온플레이팅법과 다른 특징이며, 플라즈마 중의 이온화율이 80 - 90%에 달할 정도로 높게 된다.
각종 증착법에 의한 피복물질
피복방법
피복물질
가열온도(K)
증발원
증착속도
(10-9 m/s)
물리증착법
(PVD)
진공증착
Me
≥RT
금속
1.67-1250
sputtering
Me, MexBy, MexCy, MexNy,MexOy,MexSy,
기타 합금
“
금속, 합금
금속화합물
0.17-16.7
ion plating
“
“
“
0.50-833
ion beam 증착
Me
"
금속
0.17-167
화학증착법
(CVD)
회학증착
Me, MexBy, MexCy, MexNy,MexOy,MexSy,
기타 합금
1000-2273
금소염화물
금속수소화물
유기금속화합물
0.33-83.3
plazma CVD
“
573-1473
“
“
물리증착확산법의 종류
종 류
진공증착
이온 플레이팅
스퍼터링
입자생성기구
열에너지
열에너지
운동량 전이
막 생성속도
높음(〈75μm/min)
높음(〈25μm/min)
순금속 외 낮음
(Cu: 1μm/min)
입자
원자, 이온
원자, 이온
원자, 이온
형상 복잡한 가공물
좋지 않음
좋음(막 불균일)
좋음(막 불균일)
가공물의 작은 구멍
나쁨
나쁨
나쁨
금속 피막
가능
가능
가능
합금 피막
가능
가능
가능
내열화합물 피막
가능
가능
가능
입자 에너지
낮음(0.1-0.5 eV)
높음(1-100eV)
높음(1-100eV)
불활성 가스 피폭
불가능
가능
가능,
형상 복잡하면 불가
표면과 층간의 혼합
없음
가능
가능
외부 가열 가능 여부
일반적으로 가능
가능하나 안함
안함
증착속도(10-9m/s)
1.67-1250
0.50-833
0.17-16.7
실험방법
1. 크롬 증착 (DC 스퍼터링을 사용하여 10㎛증착한다.)
382V, 0.13Am 사용.
증착 시간 : 1분
W.P : 1.9×10
B.P : 1.8×10
F.G(아르곤) : 40 ACCM
2. TiO2 증착 (RF 스퍼터링을 이용하여 100㎛증착한다.)
가해준 전압 : 90 W
감소된 전압 : 1 W
증착 시간 : 1시간
W.P : 5.8×10
F.G(아르곤) : 40 ACCM
3. 1번의 크롬 증착을 다시 한번 반복한다.
실험결과
그림 1. 증착 막의 두께
그림 2. 증착 표면 사진(고배율)
그림 3. 증착 표면 사진(저배율)
그림 4. 증착막의 Chromaticity Diagram(transmittance)
그림 5. 증착막의 Chromaticity Diagram(reflectance)
고찰
플라즈마를 형성한 다른 기체의 운동에너지를 이용해서 증착물질을 기화하는 방법인 스퍼터링을 이용하여 Cr과 TiO2를 증착하는 실험으로 그림 1은 Cr과 TiO2의 증착막의 측면을 보여 주는 SEM사진으로 위, 아래 보이는 얇은 선은 Cr증착막이고 이 사이에 위치하고 있는 것이 TiO2증착막이다.
실험에서 증착하고자 했던 Cr의 두께는 10㎛이고 TiO2증착의 두께는 100㎛였는데 SEM사진에서 보면 TiO2가 340㎛가 증착된 걸 알 수 있다.
이는 TiO2의 증착이 기판에 도달하여 충분한 확산에 의해서 골고루 증착되어, 즉 빈공간이 없이 채워져야 하는데 충분한 확산이 실험 과정동안 이루어 지지 않아 불균일하게 증착되었으리라 생각이 된다.
그림 2와 3은 증착 표면 사진으로 고배율과 저배율 상태의 사진을 나타낸다.
표면에 보이는 하얀색은 Cr이 증착된 것으로 비교적 골고루 증착이 잘 된걸 볼 수 있다.
그림 4와 5는 증착막의 Chromaticity Diagram으로 증착된 표면을 육안으로 보았을 때 비치는 색깔을 Chromaticity Diagram에 표시한 것이다.
그림 4는 증착된 막의 색은 transmittance 일 때의 색을 표시한 것이고 그림 5는 reflectance일 때의 색을 표시한 것으로 보는 각도에 따라서 보이는 색이 다르다는 것을 알 수 있다.

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