This study assessed the influences of fluorine introduced into DLC films on the structural and mechanical properties of the sample. In addition, the effects of the fluorine incorporation on the compressive stress in DLC films were investigated. For this purpose, fluorinated diamond-like carbon (F-DLC) films were deposited on cobalt-chromium-molybdenum substrates using radio-frequency plasma-enhanced chemical vapor. The coatings were examined by Raman scattering (RS), Attenuated total reflectance Fourier transform infrared spectroscopic analysis (ATR-FTIR), and a combination of elastic recoil detection analysis and Rutherford backscattering (ERDA-RBS). Nano-indentation tests were performed to measure hardness. Also, the residual stress of the films was calculated by the Stony equation. The ATR-FTIR analysis revealed that F was present in the amorphous matrix mainly as C-F and C-F2 groups. Based on Raman spectroscopy results, it was determined that F made the DLC films more graphitic. Additionally, it was shown that adding F into the DLC coating resulted in weaker mechanical properties and the F-DLC coating exhibited lower stress than DLC films. These effects were attributed to the replacement of strong C = C by feebler C-F bonds in the F-DLC films. F-doping decreased the hardness of the DLC from 11.5 to 8.8 GPa. In addition, with F addition, the compressive stress of the DLC sample decreased from 1 to 0.7 GPa.

Heteroepitaxy is a better method of enlarging SCD wafer size than homoepitaxy. In this work, several aspects of the bias process for heteroepitaxial diamond nucleation are studied experimentally. First, with increasing bias time, the diamondnucleation pathway is found to transform from “isolated-crystal nucleation” to “typical domain-nucleation” and back to “isolated-crystal nucleation.” An interdependent relationship between bias voltage and bias time is proposed: the higher the bias voltage, the shorter the bias time. Second, a correlation exists between the threshold bias voltage and reactor-chamber pressure: a higher reactor chamber pressure usually requires a higher threshold bias voltage to realize “typical domain nucleation.” Third, diamond bias-enhanced nucleation and growth is observed at a high CH4 content, where the dynamic equilibrium between amorphous-carbon-layer deposition and atomic-hydrogen etching is broken. Finally, epitaxial nucleation is obtained on a substrate with ∅30 mm in a home-made MPCVD setup.

Diamond-like nanocomposite (DLN) has become a promising thin film for many fields of applications due to its unique and tunable properties. However, low optical bandgap and thermal stability limits its application in many fields particularly as antireflection coating on solar cell. In the present study, the DLN thin film has been deposited using a mixed liquid precursor by rf-PECVD process. Surprisingly the presence of nc-C60 in FCC structure in DLN matrix has been observed. The degree of crystallinity and diameter of C60 have been increased significantly after annealed at 850 °C. The film has been annealed at 850 °C to primarily investigate its feasibility as antireflection coating (ARC) in compatible with industrial solar cell fabrication process. The refractive index and optical bandgap of the film were around 1.80 and 4.10 eV, respectively. Moreover, the optical bandgap has decreased to some extent to 3.92 eV even after annealing at such high temperature. The high SiOx at% and embedded nc-C60 enhanced the optical transparency and thermal stability of the DLN film. The solar-weighted average reflection of DLN-coated textured silicon was reduced significantly to 1.91%. The C60 embedded DLN film has a great potential to apply in different optoelectronic devices especially in solar cell as ARC.

A 1.8 μm thick polycrystalline diamond (PCD) thin film layer is prepared on a Si(100) substrate using hot-filament chemical vapor deposition. Thereafter, its thermal conductivity is measured using the conventional laser flash analysis (LFA) method, a LaserPIT-M2 instrument, and the newly proposed light source thermal analysis (LSTA) method. The LSTA method measures the thermal conductivity of the prepared PCD thin film layer using an ultraviolet (UV) lamp with a wavelength of 395 nm as the heat source and a thermocouple installed at a specific distance. In addition, the microstructure and quality of the prepared PCD thin films are evaluated using an optical microscope, a field emission scanning electron microscope, and a micro-Raman spectroscope. The LFA, LaserPIT-M2, and LSTA determine the thermal conductivities of the PCD thin films, which are 1.7, 1430, and 213.43 W/(m·K), respectively, indicating that the LFA method and LaserPIT-M2 are prone to errors. Considering the grain size of PCD, we conclude that the LSTA method is the most reliable one for determining the thermal conductivity of the fabricated PCD thin film layers. Therefore, the proposed LSTA method presents significant potential for the accurate and reliable measurement of the thermal conductivity of PCD thin films.

본 연구에서는 도핑하지 않은 다이아몬드 박막에서의 전류전도 경로를 체계적으로 규명하고 다이아몬드 박막의 전도기구에 대해 조사하였다. 도핑되지 않은 다결정 다이아몬드 박막에서 두께와 측정방향에 따른 교류 임피던스법에 의해 측정된 저향값이 기존의 표면전도 모델과는 일치하지 안니하였다. 다이아몬드 박막에 구리를 전기도금한 결과 구리는 결정립계에만 불연속적으로 도금되었고 다이아몬드 박막 위에 은을 증착한 후 전지에칭을 한 결과 결정립계가 우선 에칭이 되어 전류가 결정립계를 통하여 흐름을 확인하였다. 또, 리본형 다이아몬드 박막의 표면을 절연층으로 형성시킨 후 박막 내부의 결정립계를 통하여 전류가 흘러 전기도금이 되는 것으로부터 다결정 다이아몬드 박막의 주요 전기전도 경로는 결정립계임을 확인하였다. 높은 전기전도도를 보여주는 다이아몬드 박막은 전도 활성화 에너지가 45meV 정도이었고 dangling bond 밀도는 낮았다. 그러나 산소 열처리나 수소플라즈마처리가 Si passivation 이론과는 반대로 dangling bond 밀도를 증가시키면서 전기전도성을 떨어뜨렸다. 이 결과들과 표면의 탄소화학결합을 연결시켜 높은 전도성을 야기시키는 결합은 H-C-C-H 결합임을 추론하였다.

Ta(TaC) 필라멘트를 이용한 HF-CVD 법에 의하여 Si3N4, SiC, WC, Al2O3를 기판으로 다이아몬드 박막을 증착하고, 그 밀착특성을 평가하였다. 로내의 CH4농도를 10%로 높게 하였을 경우에는 막중에 graphitic(amorphous) carbon이 생성됨을 확인할 수 있었다. 박막을 12μm 정도까지 두껍게 하면, WC기판에서는 부분적 박리형상이 관찰되었으나, Si3N4를 기판으로 하였을 경우에는 안정한 박막을 얻을 수 있었다. Indentation test 결과로부터 grainding에 의한 기판표 처리가 밀착성 향상에 효과적이라는 것을 알 수 있었다. 또 compression topple test에서는 박막의 두께는 밀착성과 반비례의 관계를 가지는 것을 알 수 있었다. 수 있었다.

연소화염법을 이용한 다이아몬드 박막합성은 기판의 표면상태에 크게 의존한다. 특히 탄소결합상이 기판에 조재하는 경우 다이아몬드 핵생성과 성장은 크게 영향을 받는다. 본 연구에서는 일정한 흡입가스비율(R=O2/C2H2)과 기판온도 조건의 연소화염법을 이용하여 몰리브덴 기판위에 다리아몬드박막을 합성하는 과정에서 박막의 핵생성에 미치는 기판 탄소화합물의 영향을 조사하였다. Mb 금속기판표면에 형성된 탄화물로는 Mo2C상과 soot를 택하여 박막합성 전에 Mo기판상에 형성시켰다. Mo 금속기판표면에 형성된 탄화물(Mo2C)상에는 다이아몬드 핵생성과 입자성장이 촉진되어 가장 조대한 양질의 다이아몬드 입자가 형성되었다. 이것은 탄화물상이 반응가스중의 탄소의 확산을 저지함과 동시에 핵생성의 필요한 잠복기간을 감소키켰기 때문이다. 그러나 soot를 구성하는 미세한 탄소결합상들이 다이아몬드 핵생성 장소로 작용하여 결과적으로 다이아몬드 수밀도가 가장 크게 관찰된 반면, 입자성장은 Mo2C기판에 비해 작았다.

다이아몬드 증착시 기판의 표면처리를 변화시켰을 때 다이아몬드의 핵생성 밀도에 미치는 영향에 대하여 연구하였다. 실험장치는 열 필라멘트 CVD 장치를 사용하였고, 반응가스로 메탄과 수소가스를 사용하였다. 기판의 표면 처리는 탄소 상을 기판에 증착시키는 방법, Soot에 의한 기판 표면처리, 혹연에 의한 기판 표면처리로 크게 3가지로 행하였다. 모든 경우에 핵생성 밀도가 증가하였으나 탄소 상을 증착시킨 경우와 soot에 의한 사전처리의 경우의 핵생성 밀도의 증가가 혹연에 의한 처리보다 더 현저하였다. 또한 탄소강의 증착의 경우 표면에 굴곡이 없는 매우 평탄하고 균일한 다이아몬드 막을 얻을 수 있었다. 사전증착처리 한 기판에 탄소 층을 형성시켰을 때 탄소 층과 기판과의 접착력이 약한 것을 이용하여 다이아몬드 막을 쉽게 분리시켜 free standing 다이아몬드 박막을 얻을 수 있음을 알았다.

연소화염법을 이용한 다이아몬드 박막합성시 기판표면온도 및 온도분포에 가장 크게 작용하는 공정변수는 탄화수소량을 결정하는 산소/아세틸렌 가스의 혼합비(R=O2C2H2)이다. 본 연구에서는 혼합가스비율 변화 (R=0.87-0.98)에 따른 기판표면온도 및 온도분포를 측정하고, 이들 변수에 따른 다이아몬드 박막의 생성 및 결정형상의 변화과정을 SEM관찰, Raman 분광분석 및 X-선 회절 분석을 통해 조사하였다. 혼합가스비율의 증가에 따라 다이아몬드의 생성입자 수밀도는 감소하였고, 이와 동시에 결정형상도 (111)면과 (100)면이 혼재된 cobo octahedron형에서 octahedron인 (111)면으로 변화되었다. 한편, 기판온도증가에 따라 생성입자의 수밀도가 증가하고 성장속도도 빨라져 조대한 결정을 얻었으며, 생성된 입자형성은 (111)면애 지배적이다가 (100)결정면이 점차 많아지는 양상을 나타내었다.