KR20130070433A - Method of manufacturing max phase thin film - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 Mn +1AXn 형태의 화학식을 갖는 MAX 상(MAX phase) 박막의 제조방법에 관한 것이다. The invention M n +1 AX n It relates to a method for manufacturing a MAX phase thin film having a chemical formula in the form.
MAX 상(MAX phase) 박막은 준 세라믹 특성의 MX 와, M과는 다른 금속원소 A가 조합된 결정질로 전기전도성, 내 산화성, 기계가공성 등의 물성이 우수하다. 특히, Ti2AlN MAX 상 물질은 고온에서의 내 산화성이 우수하여, 고온 산화 방지를 필요로 하는 항공기 터빈 블레이드와 같은 부품에 MAX 상(MAX phase) 물질을 이용하면, 안정된 동작과 수명연장에 매우 유리하다. The MAX phase thin film is a quasi-ceramic MX And a metal element A, which is different from M, and is excellent in physical properties such as electrical conductivity, oxidation resistance and machinability. In particular, the Ti 2 AlN MAX phase material has excellent oxidation resistance at high temperatures. When the MAX phase material is used in parts such as aircraft turbine blades that require high temperature oxidation protection, the Ti 2 AlN MAX phase material is highly stable for stable operation and long life. It is advantageous.
종래기술에 따르면, 이와 같은 Ti2AlN MAX 상 물질은 TiN과 Al을 분말혼합하고 소결체로 소결하여 블록단위로 만든 후, 드릴 가공으로 원하는 형상체를 제작하여 왔다. 이러한 소결체를 이용한 Ti2AlN MAX 상 물질의 응용성은 블록단위로 소결하고 이를 가공하여야만 한다는 점에서 매우 제한적일 수밖에 없었다. 따라서 응용성을 높이기 위한 대안으로서, Ti2AlN MAX 상 물질의 특성을 요하는 모재에 Ti2AlN MAX 상 물질을 박막으로 코팅하는 것이 제안되어, 스퍼터링 등의 방법으로 코팅되고 있다. 그러나, 스퍼터링 방법을 이용한 박막의 제작방법은, 증착으로 형성된 박막의 상태가 비정질이기 때문에 이에 대한 후열처리(post-annealing)를 필요로 한다. 즉, 증착된 박막을 진공 내 600 내지 800℃의 고온에서 후열처리하여 비정질을 결정질로 만드는 과정을 거쳐야 Ti2AlN MAX 상 박막으로 코팅처리가 완료되게 된다. According to the prior art, the Ti 2 AlN MAX phase material is prepared by mixing powder of TiN and Al, sintering the mixture into a block unit, and then preparing a desired body by drilling. The applicability of the Ti 2 AlN MAX phase material using such a sintered body has been limited in that it must be sintered and processed in block units. Therefore, as an alternative for improving the applicability, been proposed to coat a thin film of Ti 2 AlN MAX phase material on a base material requiring the properties of Ti 2 AlN MAX phase material, it is coated with a method such as sputtering. However, since the state of the thin film formed by the deposition is amorphous, a post-annealing process is required for the thin film using the sputtering method. That is, after the deposited thin film is subjected to a post-heat treatment in a vacuum at a high temperature of 600 to 800 ° C to transform the amorphous into crystalline, the coating process is completed with the Ti 2 AlN MAX phase thin film.
이와 같은 후열처리 공정은 생산성을 떨어뜨리며, 후열처리 공정을 견딜 수 있는 모재에 한정하여 Ti2AlN MAX 상 박막으로 코팅처리 할 수 있다는 점에서 응용성을 그다지 넓히지 못하며, 고온의 후열처리 도중 모재와 코팅 박막의 열팽창계수의 차이로 인한 박막의 균열 및/또는 박리문제가 발생한다는 단점을 지닌다.
Such a post-heat treatment process deteriorates the productivity and is limited to the base material which can withstand the post-heat treatment process, and can not be applied because it can be coated with a thin film of Ti 2 AlN MAX phase. And cracking and / or peeling of the thin film due to the difference in thermal expansion coefficient between the coating film and the coating film.
따라서 본 발명의 목적은 모재에 Ti2AlN 박막을 증착하여 코팅하는 단계에서 바로 결정질 박막을 형성하여 후열 처리 공정 없이 Ti2AlN MAX 상 박막으로 코팅처리 할 수 있는 새로운 MAX 상 박막의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a new MAX phase thin film which can be coated with a Ti 2 AlN MAX phase thin film without a post-heating process by forming a crystalline thin film in the step of depositing and coating a Ti 2 AlN thin film on a base material. I would like to.
본 발명은, 모재에 Ti2AlN MAX 상 박막으로 코팅처리함에 있어서, The present invention, in the coating treatment with a Ti 2 AlN MAX phase thin film on the base material,
진공 중에서 Ti2AlN으로 된 하나의 타겟을 불활성 가스를 이용하여 방전한 플라즈마로 충격하여 타겟으로부터 금속원소를 이온상태로 방출시켜 모재에 직접 결정질의 Ti2AlN MAX 상 박막으로 코팅처리 하는 것을 특징으로 하는 MAX 상 박막의 제조방법을 제공할 수 있다. A single target made of Ti 2 AlN in a vacuum is bombarded with a plasma discharged using an inert gas, thereby releasing metal elements from the target in an ionic state, and coating the substrate with a crystalline Ti 2 AlN MAX phase thin film directly on the base material. It can provide a method for manufacturing a MAX phase thin film.
또한, 본 발명은, 상기 코팅 처리 중, 상기 모재는 300 내지 500 ℃로 유지되고, 플라즈마 운전중 진공도는 0.1 내지 1Pa로 유지하고, 플라즈마 제너레이터의 전력은 0.5 내지 1kW로 유지하는 것을 특징으로 하는 MAX 상 박막의 제조방법을 제공할 수 있다.In addition, the present invention, during the coating treatment, the base material is maintained at 300 to 500 ℃, the plasma degree during the plasma operation is maintained at 0.1 to 1Pa, the plasma generator is characterized in that the power is maintained at 0.5 to 1kW It is possible to provide a method for producing a phase thin film.
또한, 본 발명은, 상기 방법에 있어서, 타겟 쪽에 -10 내지 -90 V의 바이어스 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 MAX 상 박막의 제조방법을 제공할 수 있다.Further, the present invention can provide a method of manufacturing a MAX-phase thin film, wherein a bias voltage of -10 to -90 V is applied to the target side in the above method.
또한, 본 발명은, 상기 방법에 있어서, Ti2AlN으로 된 타겟은 Ti:Al:TiN을 혼합하여 플라즈마로 소결하여 제작되는 것을 특징으로 하는 MAX 상 박막의 제조방법을 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide a method of manufacturing a MAX-phase thin film, wherein the target made of Ti 2 AlN is produced by mixing Ti: Al: TiN and sintering with plasma.
또한, 본 발명은, 상기 방법에 있어서, Ti2AlN 타겟으로부터 생성되는 금속이온의 에너지는 50 내지 100eV 인 것을 특징으로 하는 MAX 상 박막의 제조방법을 제공할 수 있다.The present invention also provides a method of manufacturing a MAX-phase thin film, wherein the energy of metal ions generated from the Ti 2 AlN target is 50 to 100 eV.
또한, 본 발명은, 상기 방법에 있어서, 상기 모재는 Si, Ti합금소재, 스테인레스스틸 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 MAX 상 박막의 제조방법을 제공할 수 있다.In addition, the present invention, in the above method, the base material may provide a method for producing a MAX phase thin film, characterized in that any one of Si, Ti alloy material, stainless steel.
본 발명에 따르면, 별도의 후열 처리 공정 없이 박막 형성 단계에서 직접 결정질의 MAX 상 박막을 형성하므로, 생산성을 크게 향상시킬 수 있다. According to the present invention, since a crystalline MAX-phase thin film is directly formed in the thin film formation step without a separate post-heat treatment process, the productivity can be greatly improved.
또한, 본 발명에 따라 제작되는 결정질의 MAX 상 박막은 고에너지 플라즈마에 의하여 금속이온을 생성시켜 형성되므로, 후열 처리 온도에 비해 낮은 온도에서 결정질 박막을 형성하면서도 그레인 바운더리(grain boundary)가 적은 치밀한 결정질 박막을 얻을 수 있어 경도 및 고온에 대한 내 산화성을 향상시킬 수 있다. Since the crystalline phase of the MAX phase thin film formed according to the present invention is formed by the formation of metal ions by high energy plasma, it is possible to form a crystalline thin film at a temperature lower than the post-heat treatment temperature, A thin film can be obtained and the oxidation resistance against hardness and high temperature can be improved.
또한, 후열 처리 온도에 비해 낮은 온도에서 결정질의 MAX 상 박막을 형성하므로 후열 처리 공정 중 모재와 코팅 박막의 열팽창 계수가 달라 일어날 수 있는 박막의 균열 내지는 박리 현상을 회피할 수 있다. In addition, since the crystalline phase of the MAX-phase thin film is formed at a temperature lower than the post-treatment temperature, it is possible to avoid cracking or peeling of the thin film, which may cause a difference in thermal expansion coefficient between the base material and the coating film during the post-heating process.
결론적으로 본 발명에 따르면 생산공정을 단순화하면서도 종래공정에 비해 우수한 물성의 박막 코팅을 할 수 있다. In conclusion, according to the present invention, it is possible to simplify the production process and to coat the thin film of superior physical properties compared to the conventional process.
도 1a는 MAX 상 물질의 조성원소를 나타내는 테이블이다.
도 1b는 MAX 상 물질에 대한 이해를 돕기 위한 결정 구조 모형도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 박막 형성공정에서 금속 이온 생성을 설명하는 개요도이다.
도 3은 본 발명에 사용되는 타겟의 제작을 설명하는 도면과 사진이다.
도 4는 본 발명에서 제작된 타겟의 특성을 나타내는 XRD 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 제작된 Ti2AlN(110) MAX 상 코팅 박막의 XRD 결과를 종래 기술에 의한 박막에 대한 것과 대비하여 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 서로 다른 기판에 대하여 제작된 Ti2AlN MAX 상 코팅 박막의 XRD 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 바이어스 전압을 차등 인가하여 그에 대한 XRD 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예에서 증착 온도를 달리하여 제작된 Ti2AlN MAX 상 코팅 박막의 SEM 사진이다.
도 9는 본 발명의 실시예에서 제작된 Ti2AlN MAX 상 코팅 박막의 TEM 사진이다.
도 10은 본 발명의 실시예에서 제작한 Ti2AlN MAX 상 코팅 박막의 SAED(Selected Area Electron Diffraction) 패턴의 사진이다. 1A is a table showing compositional elements of a MAX phase material.
1B is a crystal structure diagram for helping understanding of the MAX phase material.
2 is a schematic diagram illustrating metal ion generation in a thin film forming process according to an embodiment of the present invention.
3 is a view and a picture for explaining the production of the target used in the present invention.
4 is an XRD graph showing characteristics of a target manufactured in the present invention.
FIG. 5 is a graph showing XRD results of a Ti 2 AlN (110) MAX coating thin film prepared according to an embodiment of the present invention, as compared to a thin film according to the prior art.
FIG. 6 is a graph showing XRD results of Ti 2 AlN MAX-coated thin films fabricated on different substrates according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a graph showing XRD results of differentially applying a bias voltage according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a SEM photograph of a Ti 2 AlN MAX coated thin film prepared at different deposition temperatures in an embodiment of the present invention.
9 is a TEM photograph of a Ti 2 AlN MAX coating thin film prepared in an embodiment of the present invention.
10 is a photograph of a SAED (Selected Area Electron Diffraction) pattern of the Ti 2 AlN MAX coating thin film prepared in the embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1a는 MAX 상 물질에 대한 조성원소를 나타내는 테이블이고, 도 1b는 MAX 상 물질에 대한 이해를 돕기 위한 결정 구조 모형도로, 본 실시예의 경우, 도 1a에 나열된 MAX 상 물질 중 특별히 Ti2AlN MAX 상 코팅 박막을 제작하는 것이다. M으로 표시된 전이금속원소와 비금속원소 X간의 결합은 매우 강한 반면, A로 표시되는 비 전이금속과 MX와의 결합은 약한 편으로, 도 1b에서와 같이 MX층은 나노미터 수준의 간격으로 적층 되며, 그 사이사이 원소 A 가 높은 활성을 지닌 채 존재하게된다. 이러한 MAX 상 물질은, 금속과 세라믹의 물성을 골고루 갖춘 준 세라믹으로, 연성, 전성, 기계가공성, 열 및 전기전도성, 저 마찰성, 내마모성, 내 산화성, 내 부식성 등을 갖는다. 이와 같은 우수한 물성으로 인하여 고온에 적용되는 물품의 보호용 코팅재, 저마찰용 코팅재, 센서, 전기접촉점 형성재 등으로 응용될 수 있다. 특히, Ti2AlN의 경우, Al원자의 높은 활성으로 Ti2AlN 표면에 Al2O3 보호층을 형성하여 800℃ 내외의 고온에서도 장시간 견딜 수 있다. 따라서, 항공기 터빈 블레이드에 보호코팅 박막을 Ti2AlN으로 형성하거나 전극체를 형성할 수 있다. FIG. 1A is a table showing the compositional elements for the MAX phase material, and FIG. 1B is a crystal structure diagram for helping understanding of the MAX phase material. In this embodiment, among the MAX phases listed in FIG. 1A, Ti 2 AlN MAX To form an upper coating thin film. The bond between the transition metal element represented by M and the nonmetallic element X is very strong whereas the bond between the non-transition metal represented by A and MX is weak, and the MX layer is stacked at intervals of nanometer level as shown in FIG. 1B, Between them, element A is present with high activity. These MAX materials are quasi-ceramics with uniform properties of metals and ceramics and have ductility, electrical conductivity, machinability, thermal and electrical conductivity, low friction, abrasion resistance, oxidation resistance and corrosion resistance. Due to such excellent physical properties, it can be applied as a protective coating material, a low friction coating material, a sensor, an electrical contact point forming material and the like which are applied to high temperature products. In particular, in the case of Ti 2 AlN, the high activity of Al atoms and it can withstand a long period of time even at a high temperature of 800 ℃ inside and outside to form the Al 2 O 3 protective layer on the surface of Ti 2 AlN. Thus, the protective coating thin film can be formed of Ti 2 AlN on an aircraft turbine blade or an electrode body can be formed.
이러한 결정질의 Ti2AlN 코팅 박막을 직접적으로 제작하기 위해 먼저 모재와 타겟을 준비한다.In order to directly produce such a crystalline Ti 2 AlN coated thin film, a base material and a target are first prepared.
본 실시예의 경우, 모재는 Si과 Ti6242 합금 기판을 각각 준비하였고, Ti6242 합금은 Ti6Al2Sn4ZrMo를 뜻한다. 그러나 모재는 이에 한정되지 않고 다른 소재를 선택할 수 있으며, 특히 본 발명은 고온의 후열 처리를 행하지 않으므로 고온 열변성을 우려하지 않을 수 있어 선택의 폭이 넓으며, 스테인레스스틸(SUS)을 모재로 선택하여 Ti2AlN 코팅 박막을 올릴 수 있다. In the case of this embodiment, the base metal was prepared, and the Si substrate, respectively Ti6242 alloys, Ti6242 alloys means a Ti 6 Al 2 Sn 4 ZrMo. However, the base material is not limited to this, and other materials may be selected. In particular, the present invention does not perform high temperature post-heat treatment, and thus may not be concerned about high temperature thermal denaturation. Ti 2 AlN coating thin film can be raised.
상술한 바와 같이, Ti2AlN 코팅 박막을 박막 증착 단계에서부터 결정질로 만들어 후열 처리 공정을 없애기 위하여는 증착 공정에서 박막 형성에 기여하는 금속 입자들의 에너지가 높아야 하고, 무엇보다, 도 2에서와 같이 타겟으로부터 침식되어 튀어나오는 금속 입자들이 이온화되어야 한다. 이를 위해, 본 실시예에서는 타겟을 Ti2AlN으로 제작하여 사용하였다. 타겟의 제작은 Ti:Al:TiN을 원자비로 1:1:1로 혼합하고, 습식 밀링으로 2 시간 정도 가공한 후, 40MPa의 고압 및 1230℃ 내외의 온도에서 10 분 정도 플라즈마 소결하여 제작할 수 있으며, 타겟 제작 장치를 도 3에 도시하였다. 제작된 타겟은 밀도가 4.36으로 비교적 내부 기공이 없는 우수한 밀도를 가지며, 이는 제작시 가압한 효과이기도 하다. 타겟에 대한 XRD 검사 결과와 SEM 사진 및 이에 따라 분석된 타겟 조성을 나타낸 그래프가 도 4에 도시되어 있다. 즉, 50 % 내외의 Ti, 24 % 내외의 Al, 26 % 내외의 N로 이루어져 Ti2AlN로 조성된 타겟 임을 알 수 있으며, 이를 진공 챔버에 넣고 Ar등의 비활성 가스를 이용하여 플라즈마를 방전시켜 타겟을 침식하고, 이로 인해 튀어나오는 금속 입자를 이온화하여 모재에 Ti2AlN 박막을 코팅하는 것이다.As described above, in order to eliminate the post-heat treatment process by making the Ti 2 AlN coating thin film from the thin film deposition step to the crystalline state, the energy of the metal particles contributing to the thin film formation in the deposition step must be high. The metal particles which are eroded and protruded from the electrode must be ionized. In this embodiment, the target is made of Ti 2 AlN. The target can be manufactured by mixing Ti: Al: TiN in an atomic ratio of 1: 1: 1, processing the wet mill for about 2 hours, and then plasma sintering at a high pressure of 40 MPa and a temperature of about 1230 ° C. for 10 minutes. The target manufacturing apparatus is shown in FIG. The fabricated target has a density of 4.36 and has a relatively high density without internal pores, which is also a pressurized effect during fabrication. An XRD test result and a SEM photograph of the target and a graph showing the analyzed target composition are shown in FIG. In other words, it can be seen that the target is composed of about 50% of Ti, about 24% of Al, and about 26% of N and is composed of Ti 2 AlN. This is put into a vacuum chamber, and plasma is discharged by using an inert gas such as Ar The target is corroded and the resulting metal particles are ionized to coat the Ti 2 AlN thin film on the base material.
도 2에 나타낸 바와 같이, 금속 입자의 이온화 도가 높아야만 박막이 증착 단계에서 바로 결정질 박막으로 형성된다. 이를 위해, 본 발명의 실시예에서는 고전류를 인가하여 고에너지 플라즈마를 고밀도로 생성하게 하며, 바람직하게는 상표명 HIPIMS(Hauzer사제) 장치를 이용할 수 있다. As shown in FIG. 2, the thin film is formed into a crystalline thin film directly in the deposition step only when the degree of ionization of the metal particles is high. To this end, in the embodiment of the present invention by applying a high current to generate a high-energy plasma at high density, preferably a brand name HIPIMS (manufactured by Hauzer) can be used.
진공 챔버 내에 모재와 타겟을 장착하고, 기저 압력을 10-3 Pa 내지 10-2 Pa 로 한 후, 아르곤 가스를 도입하여 운전 압력을 0.1 내지 1Pa로 유지한다. After the base material and the target are mounted in the vacuum chamber, and the base pressure is set to 10 -3 Pa to 10 -2 Pa, argon gas is introduced to maintain the operating pressure at 0.1 to 1 Pa.
플라즈마 제너레이터의 전력은 0.5 내지 1kW로 유지하고, 전류는 약 1 A/cm2 정도로 흘려주었다. The power of the plasma generator is maintained at 0.5 to 1 kW and the current is maintained at about 1 A / cm < 2 > Respectively.
특히, 발생한 플라즈마를 타겟 쪽으로 강하게 유인하는 인력을 미치도록 타겟에 바이어스 전압을 걸어주는 것이 바람직하며, 본 실시예의 경우, -10 내지 -90 V, 더욱 바람직하게는, -30 내지 -60 V의 바이어스 전압을 걸어주었다. In particular, it is preferable to apply a bias voltage to the target so that the generated plasma attracts strongly toward the target. In this embodiment, bias of -10 to -90 V, more preferably -30 to -60 V The voltage was applied.
또한, 형성되는 Ti2AlN 박막이 증착 단계에서부터 결정질로 형성되기 위해서는 증착을 수행하는 이온의 에너지와 이에 조합되는 온도가 중요 인자로 작용하며, 증착 공정 중 모재는 400 내지 500 ℃로 유지되게 하는 것이 바람직하며, 이는 결정질 형성에 필요한 에너지의 상당부분을 금속 이온이 제공함에 따라 종래 기술에 비해 매우 낮은 온도에서 결정질 박막이 형성되는 것이다. In addition, in order for the Ti 2 AlN thin film to be formed to be crystalline from the deposition step, the energy of the ion to be deposited and the temperature combined therewith are important factors, and the base metal is maintained at 400 to 500 ° C. during the deposition process. It is desirable that the crystalline thin film be formed at a much lower temperature than the prior art as metal ions provide a significant portion of the energy required for crystalline formation.
플라즈마를 이용한 증착 공정은 원하는 코팅 박막의 두께에 따라 달라질 수 있으며, 항공기 터빈 블레이드 등, 고온 내 산화성을 구비하게 할 경우, μm 단위까지 코팅막을 형성할 수 있으나, 센서나 전기접촉점 형성 등, 저마찰 성을 요하는 용도이면 nm 수준의 박막으로 형성할 수도 있다. The deposition process using plasma can be varied depending on the thickness of a desired coating film. If the coating film is formed with a high temperature oxidation resistance such as an aircraft turbine blade, a coating film can be formed up to μm, It may be formed into a thin film of nm level.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 모재를 Si로 하여 제작된 Ti2AlN MAX 상 코팅 박막의 XRD 결과를 종래 기술에 의한 박막에 대한 것과 대비하여 나타낸 그래프로, (a)로 표시된 그래프는 종래 DC 펄스를 이용하여 Ti2AlN 박막을 제작한 것으로 AlTi, fcc의 TiN 및 Ti2AlN이 혼재함을 알 수 있고, 본 실시예에 의한 Ti2AlN 박막은 실온, 300 ℃, 450 ℃의 온도 변인에 따라 각각 차이가 있으나, 450 ℃ 온도에서 제작한 것은 결정면이 (110)인 Ti2AlN 박막이 형성되었음을 확인할 수 있으며, 이로써 박막 제작 단계에서 바로 결정질의 Ti2AlN 박막을 얻을 수 있음을 확인할 수 있다. 온도가 실온이거나 300 ℃ 정도 이하이면, AlTi, AlTi3 등의 상태로 존재하여 원하는 결정질 박막을 얻으려면 금속이온화 도가 높은 경우에도 온도를 적정 수준으로 유지하여 함을 알 수 있다. 상기에서 결정면의 방향은 조건에 따라 달리 형성하게 할 수 있어, 한정적인 것은 아니다. 5 is a graph showing the XRD results of the Ti 2 AlN MAX phase coating thin film prepared by using the base material as Si in accordance with the embodiment of the present invention in comparison with that for the thin film according to the prior art, the graph represented by (a) is conventional The Ti 2 AlN thin film was fabricated using a DC pulse, indicating that TiN and Ti 2 AlN of AlTi, fcc were mixed, and the Ti 2 AlN thin film according to the present embodiment had temperature variations of room temperature, 300 ° C. and 450 ° C. Although there is a difference in each, it is confirmed that the Ti 2 AlN thin film having a crystal plane of (110) was formed at 450 ℃ temperature, whereby it can be confirmed that a crystalline Ti 2 AlN thin film can be obtained immediately in the thin film manufacturing step. have. If the temperature is room temperature or less than about 300 ℃, to exist in the state of AlTi, AlTi 3 and the like to obtain the desired crystalline thin film it can be seen that the temperature is maintained at an appropriate level even when the metal ionization degree is high. The direction of the crystal plane described above may be formed differently depending on conditions, and is not limited thereto.
도 6에서는 모재 기판을 각각 Si과 Ti6242 합금을 사용하였을 경우에 대한 XRD 그래프로 모재 성분이 박막에서도 나타나며 이는 기판에 대해 박막이 매우 얇게 형성되어 있음을 뜻하며, 박막과 모재 간의 밀착성이 강함을 예측할 수 있다. 이는 비교적 저온에서 결정질을 만들기 때문에 열 팽창계수의 차이에 의한 균열 박리 등이 없는 우수한 품질의 박막이 형성될 수 있음을 뜻한다. FIG. 6 shows an XRD graph of the case where Si and Ti6242 alloys are used as the base substrate, respectively, which indicates that the base material is also formed in the thin film, which means that the thin film is formed very thinly on the substrate and the adhesion between the thin film and the base material is predictable have. This means that a high-quality thin film can be formed without cracking due to a difference in thermal expansion coefficient since the crystalline material is produced at a relatively low temperature.
도 7은 바이어스 전압을 최적화한 실험 데이터를 포함하며, -30 내지 -90 V, 바람직하게는, -50 V 내외가 최적 바이어스임을 알 수 있다.FIG. 7 includes experimental data optimized for the bias voltage, and it can be seen that -30 to -90 V, preferably about -50 V is the optimum bias.
도 8은 모재 기판을 각각 Si로 하여, 상온과 450℃에서 형성한 Ti2AlN 박막의 SEM 사진으로 450℃에서 형성한 박막은 성장방향을 알 수 있는 모폴로지를 보여, 상온에서보다는 450℃에서 결정질 박막이 성장하기에 유리함을 알 수 있다.FIG. 8 is a SEM photograph of a Ti 2 AlN thin film formed at room temperature and 450 ° C. using Si as a base material substrate. The thin film formed at 450 ° C. shows a morphology of growth direction, It can be seen that the thin film is advantageous for growth.
도 9는 모재 기판을 Si로 한 Ti2AlN 박막의 TEM 사진으로 박막의 결정성장 방향을 도 8에 비해 훨씬 뚜렷하게 알 수 있다. FIG. 9 is a TEM photograph of a Ti 2 AlN thin film made of Si as a base material substrate, and the crystal growth direction of the thin film can be seen more clearly than in FIG.
도 10은 모재 기판을 Si로 한 Ti2AlN 박막의 SAED 패턴으로 박막이 결정질로 성장하였음을 더욱 명백히 보여준다.
FIG. 10 shows more clearly that the thin film was grown crystalline in the SAED pattern of the Ti 2 AlN thin film with the base substrate as Si.
이와 같이 하여, 후열 처리 공정 없이 Ti2AlN MAX 상 박막을 증착 단계에서 바로 결정질로 제작할 수 있다.
In this way, the Ti 2 AlN MAX phase thin film can be formed directly as a crystalline material in the deposition step without a post-heat treatment process.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다. The rights of the present invention are not limited to the embodiments described above, but are defined by the claims, and those skilled in the art can make various modifications and adaptations within the scope of the claims. It is self-evident.
도면부호 없음.No reference symbol.
Claims (6)
진공 중에서 Ti2AlN으로 된 하나의 타겟(target)을 불활성 가스를 이용하여 방전한 플라즈마(plasma)로 충격하여 타겟으로부터 금속원소를 이온상태로 방출시켜 모재에 직접 결정질의 Ti2AlN MAX 상 박막으로 코팅 처리하는 것을 특징으로 하는 MAX 상(MAX phase) 박막 제조방법.In coating the base material with Ti 2 AlN MAX phase thin film,
In a vacuum, a target made of Ti 2 AlN is bombarded with a plasma discharged using an inert gas to release metal elements from the target in an ionic state to form a crystalline Ti 2 AlN MAX thin film directly on the base material. MAX phase thin film manufacturing method characterized in that the coating treatment.
The method of claim 1, wherein the base material is any one of Si, Ti alloy material, and stainless steel.
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