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다이아몬드 박막의 잔류응력 해석

연구 개요

다이아몬드 박막은 절삭용 코팅 및 wide band gap 소자, SOD(Silicon-on-Diamond)등 산업의 전반에서 널리 사용되는 재료이다. 특히, 화학기상 증착법을 이용한 다이아몬드 박막의 제조 방법이 개발되면서, 그 사용범위와 연구가 증가하고 있다. 다이아몬드 박막을 소자 및 반도체 분야에 응용할 때 가장 많은 문제점을 갖는 것이 잔류응력이다. 다이아몬드는 탄성계수가 크기 때문에 같은 변형에서도 큰 응력을 발생시켜, 기판을 변형시키거나 고온에서는 기판에 전위를 형성시키기도 한다. 고온에서 기판의 전위를 형성시키는 경우 기판이 휘어지는 정도는 기존의 탄성이론을 이용한 Stoney 방정식에서 벗어나게 되며, 곡률반경을 이용하여 박막의 잔류응력을 측정하는 경우, 오차를 발생시키는 원인이 되기도 한다. 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 다이아몬드 박막의 잔류응력을 정확하게 측정하고, 해석할 필요성이 발생한다.다이아몬드 박막의 잔류응력은 Raman 분광기를 이용하여 측정하였다. 측정의 정확성을 위하여, 기판과 분리된 다이아몬드 박막을 기준으로 이동된 peak의 위치를 이용하여 잔류응력을 측정하였다. 잔류응력의 제어를 위하여, 증착된 다이아몬드 박막은 고온에서 열처리하였으며, 다이아몬드 박막을 열처리함에 따라, 표면 미세조직과 박막의 preferred orientation, 잔류응력이 변화하였다. 이와같은 다이아몬드 박막의 자류응력을 정량화하기 위해여, TEM 관찰을 바탕으로 다이아몬드 박막의 미세조직을 모델링함으로써, 잔류응력을 계산하였다. 계산결과, 다이아몬드 박막의 잔류응력은 결정립 미세화와 non-diamond carbon의 첨가에 따라 변화하였다. 이때, 결정립 미세화에 의해서는 결정립계 완화모델에 의한 인장응력이 발생하였으며, non-diamond carbon은 결정립계사이의 간격을 메워주고 표면에너지를 변화시켜, 인장응력을 감소시키는 역할을 하였다.


Fig.1 The time required to initiate dislocations


Fig.2 The variation of preferred orientation and residual stress by heat treament


Fig.3 TEM Observation of diamond thin films


Fig.4 Model to calculate residual stress of diamond thin film



Last CGI Updated: January 26, 2011
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