RF 마이크로플라즈마 토치를 이용한 다이아몬드상 카본 합성

Abstract

본 연구에서는 노즐직경이 700㎛인 마이크로플라즈마 반응기를 이용하여 다이아몬드상 카본의 증착실험을 수행하였다. RF 마이크로 플라즈마 토치는 진공이 아닌 대기압에서 운전되므로 조작이 간편하고 에너지를 절약할 수 있는 시스템이다. 증착을 위한 원료가스로 메탄과 부탄을 사용하였고 운반가스로는 아르곤을 사용하였다. 총 유량은 400ml/min으로 고정시켰으며 메탄과 부탄의 농도는 1vol%로 일정하게 유지시키면서 수소의 농도를 0～9vol%까지 변화를 주었다. RF 전력은 45W로 일정하게 유지시켰다. 증착기판으로는 실리콘 웨이퍼가 사용되었고 최적의 증착조건을 찾기 위하여 상온~250℃ 기판 온도상태에서 0.5~6분의 증착시간 변화를 주었다. 합성된 다이아몬드상 카본필름의 FE-SEM 사진을 통한 표면관찰과 더불어 Raman spectrum과 XPS, EDS를 이용하여 분석하였다. FE-SEM 확인 결과 크게는 1㎛에서 작게는 수십 ㎚크기의 입자들이 조밀하게 증착되어 있는 것을 관찰할 수 있었고 증착시간의 증가에 따른 입자들의 응집현상 또한 관찰 되었다. 또한 Raman spectrum의 다이아몬드상 카본 특성 피크인 G 피크와 D 피크를 통하여 a-c(amorphous carbon) 형태의 다이아몬드상 카본필름의 합성을 확인하였다.; In this study a laboratory test for deposition of DLC (Diamond-Like Carbon) was conducted using micro-plasma system having a nozzle of 700㎛ in diameter. RF (Radio Frequency) micro-plasma system is particularly useful for its simplicity in operation and energy saving effect as it can be operated in the natural state of temperature and pressure obviating any atmospheric vacuum state. Methane and butane were used as source gas, and argon as transmission gas for deposition. Total volume of mass gas (methane or butane/argon/hydrogen) flow was fixed to 400ml/min and content of methane or butane in mixed gas was maintained to be 1vol% all the time while giving variation to the content of hydrogen from 0 to 9vol%. RF power supply was maintained to be constant value of 45W during the test. Silicon-wafer was used as deposition base plate, and, in order to determine optimum deposition condition in this case, variation to the deposition time was given from 0.5minute to 6minutes with varying base plate temperature ranging from natural temperature up to 250℃. Observation to the superficial faces of various DLC films deposited out of the foregoing tests were made using FE-SEM, and further analysis on the depositions resulted from the tests were followed using Raman spectrum, XPS (X-ray Photoelectron spectroscopy) and EDS (Energy Dispersive Spectroscopy). Result of FE-SEM observation revealed that carbon particles sized 1㎛ (at the greatest) to tens of ㎚ (at the smallest) were densely deposited on surface of the base plate, and condensation of carbon particles are more likely to take place as the deposition time increases. And the fact that the Diamond-Like Carbon Film of a-c (amorphous carbon) type has been synthesized was confirmed by observing G-peak and D-peak appeared in Raman Spectrum which characterizes particular property of Diamond-Like Carbon.