이온 플레이팅

소개글

이온 플레이팅에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1.개요

2.DC-diode 아르곤방전 (원리)

3.아르곤방전시 음극에서의 충돌

4.실제 ion-plating방전

5.실제적인 고려사항 및 상세한 계의 내용들

6.응용

본문내용

을 끼친다.
5. 실제적인 고려사항 및 상세한 계의 내용들
PAPVD 과정에서 증기를 생성하는 방법에 따라 크게 증발법과 스퍼터링으로 분류된다. 그렇지만 PAPVD에서 공통적인 특징은 각각의 방법들이 모두 이온의 평균에너지를 증가시키는 것과 공정 온도를 낮추는 것을 목표로 한다는 점이다.
5.1 상업적인 PAPVD 계
1) Electron beam gun system
a) 열전자방사총을 이용
열전자총을 이용하여 이온화율을 높인다. 시편은 전자의 충돌로 인하여 coating전에 예열되며, 보다 균일한 증착을 위하여 증착하는 동안 회전시킨다.
*이 방법의 장점으로는
ⅰ) 방전에 대한 제어가 용이,
ⅱ) 비교적 낮은 인가전압으로 인한 안정성 증가,
ⅲ) 낮은 압력에서 수행가능,
ⅳ) 인가전압을 낮춰 불필요한 기판가열을 줄일 수 있다.
b) hollow cathode discharge (HCD) 전자빔 총을 이용
비어있는 실린더 형태의 음극으로부터 방전을 시작하여 전자빔을 끌어내어 자기장으로 유도하여 증발원에 충돌시킨다. hot HCD에서 전자는 열전자, 이차전자 그리고 전자장에 의해 방사되며 높은 전류밀도와 낮은 전압을 특성으로 한다. 그러나, cold HCD에서 전자는 내부가스의 이온화, 이차전자 방출로 생성되며 낮은 전류와 높은 전압을 특징으로 한다.
2) 아크 증발계
TiN의 증착에서 Ti 음극에 아크 방전법을 이용하기도 한다.
3) 스퍼터링계
magnetron을 이용하여 기판을 플라즈마 속에 넣어 플라즈마를 최대한 이용하였다.
5.2 Coating에서의 변수
이온도금에서 가열, 불균일한 두께나 결정구조의 불량, morphology, 접착력등은 중요한 사항이기 때문에 이를 조절할 수 있어야 한다.
(1) 작업온도
기판의 온도는 중요한 처리 변수이다. 기판을 가열시키는 주요원인은 이온과 고에너지를 가진 중성입자의 충돌이다. 따라서, 불균일한 이온의 유속은 가열이 효과를 국부적으로 변화시킨다. 이러한 효과는 cathode sheath의 두께를 줄임으로써 (L/λc를 줄임) 감소될 수 있다.
(2) 코팅의 균일성
시편과 증착물질의 분포에 의해 코팅 두께의 균일성은 영향을 받는다. chamber 내의 압력을 높이면 기체의 평균자유길이가 줄어들어 산란 효과가 커져 보다 균일한 두께의 코팅을 얻을 수 있다. 하지만, 압력이 높아지면 일반적으로 코팅조직은 기공의 많은 주상정조직이 생기고, 또 어떤 증발원은 불필요한 방전을 피하고 방전효과를 높이기 위해 단지 낮은 압력에서만 작동되므로 무조건 압력을 높일 수는 없다. 이것을 막기 위해 시편의 온도를 높게 유지하고 전류밀도를 높이는 방법이 종종 쓰이지만 이는 기판을 무르게 하거나 뒤틀리게 할 수도 있다. 따라서, 많은 PAPVD법에서 압력은 3～5mtorr 범위로 유지하고 기판을 움직여 코팅을 균일하게 하려고 노력한다.
6. 응용
열적 평형에 의해 생성된 CVD 티타늄질화물은 전형적으로 0.5μm 정도 크기의 고경각입계를 가지며 zone2구조를 하고 있다. 반면에 PAPVD film은 비평형증착으로 미세한 입계구조를 지니고 있으며 많은 양의 점결함을 가지고 있어서 CVD보다 더 단단하다.
CVD-TiN은 비교적 낮은 인장응력을, PAPVD TiN은 높은 압축응력의 잔류응력을 함유하고 있으며, 이로 인해 PAPVD 코팅막이 보다 표면파괴 강도나 파괴인성이 우수하다. 또한 CVD법은 놓은 온도에서 작업이 이루어지므로 내부의 응력을 anneal out하게 되지만, PAPVD는 기판에 압축응력을 남기기 때문에 표면경도가 높아 내마모성이 좋으며 피로 수명이 연장된다.
▶ TiN 일반적으로 가장 많이 사용되는 피막으로 Ti금속과 N2 gas를 배합하여 금색상을 내기 때문에 금도금이나 습식도금대용으로 사용되는 피막으로 일반도금이나 습식도금에 비하여 내부식성,내마모성,윤활성등이 월등히 뛰어나다는 점에서 주로 장식이나 전자제품등에 사용되고 있다
▶ Ti 순수Ti금속을 코팅한 것으로 은색을 요하는 제품에 적용하고 있다.
▶ TiCN TiCN은 Ti금속과C2 H2 gas그리고 N2 가스의 배합으로 검은색을 중심으로 완전히 검은색 그리고 짙은 회색의 색상을 낼수가 있다
▶ TiO2 Ti에 O2 를 배합한 일종의 산화피막으로 배합 조건에 따라 파란색,무지개등의 색상을 낼수 있다.
▶ TiAlN TiAI 이라는 합금에 N2 gas를 배합하여 형성된 막으로 검붉은 색을띠며 뛰어난 내마모와 경도를 나타내어 주로 금형,공구류에 적용 되어지고 있다

키워드

PAPVD,   ion-plating,   이온 플레이팅