$Si_3N_4$-TiC Ceramic 에 TiC,Ti(C,N),TiN의 화학증착에 관한 연구

Abstract

IV-3-4. $TiCl_4,\; CH_4$ 와 $H_2$를 입력가스로 하여 온도와 $CH_4$ 분압을 변화시키면서 Ti-C-Cl-H계의 평형조성을 조사하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 1) TiC의 열역학적 수율은 Ti-C-Cl-H계의 온도와 $CH_4$ 분율에 의해 크게 영향을 받으며 $CH_4$ 와 $TiCl_4$ 입력분율비가 1.15 이상일때, 또한 온도가 1300 K 이상일때 열역학적 수율은 90\% 이상을 나타내었다. 2) Ti-C-Cl-H계에서 열역학적으로 $TiC(S),\; TiCl_4,\; TiCl_3,\; TiCl_2$ 등의 Ti 화합물이 존재 할 수 있으며, 비교적 열역학적 수율이 높은 조건하에서 다량으로 존재하는 화합물은 $CH_4$와 HCl 이었다. 이상과 같은 결론으로 부터 TiC 증착에서는 1300 K 이상의 온도와 $CH_4$ 와 $TiCl_4$ 입력분율비가 1.15 에서 2.0 사이 일때 가장 적당한 실험조건임을 알 수 있다. IV-4-4. $TiCl_4,\; N_2$와 $H_2$를 입력 gas로 하여 온도와 $H_2/N_2$ 입력분율비를 변화시키면서 Ti-N-Cl-H계의 평형조성을 조사하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 1) TiN의 열역학적 수율은 Ti-N-Cl-H계의 온도와 $H_2/N_2$ 입력분율비에 따라 영향을 받으며, $H_2/N_2$ 입력분율비가 1.0 이상일때와 온도가 1300 K 이상일때 열?で隙 }수율은 90 \% 이상임을 보여 주었다. 2) Ti-N-Cl-H계에서 열역학적으로 $TiN(S),\; TiCl_4,\; TiCl_3\; TiCl_2$ 등의 Ti화합물이 존재할 수 있으며, 비교적 열역학적 수율이 높은 조건하에서 다량으로 존재하는 화합물은 $NH_3$ 와 $HCl$ 이었다. 이상과 같은 결론으로 부터 TiN 증착에서는 1300 K 이상의 온도와 $H_2/N_2$ 입력분율비가 1.0에서 4.0 사이 일때 가장 적당한 실험 조건임을 알 수 있다. V-4. 반응변수들이 TiC, TiN 및 TiC/Ti (C , N)/TiN화학증착에 미치는 영향을 조사하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. TiC증착층내의 C/Ti원자비는 $m_c/\tau_i$ (공급되는 기체중에서 $CH_4/TiCl_4$ 몰비)가 증가함에 따라 증가하였으며, stoichiometric TiC coating 층은 1.15 와 1.61 범위의 $m_c/\tau_i$ 값에서 얻어졌다. 2. Stoichiometric TiC coating층의 미세구조는 불규칙한 방위를 갖는 equiaxed조직을 나타내었다. 3. TiN증착층내의 N/Ti 원자비는 $m_N/\tau_i$ (공급되는 기체중에서 $N_2/TiCl_4$ 몰비)가 증가함에 따라 증가하였으며, stoichiometric Tin coating 층은 24.5와 27.3 범위의 $m_N/\tau_i$ 값에서 얻어졌다. 4. Stoichiometric TiN coating층의 미세구조는 (220)우선방위를 갖는 columnar조직을 나타내었다. 5. $Si_3N_4-TiN$ ceramic 과 TiC coating사이의 결합강도가 $Si_3N_4-TiC$ ceramic 과 TiN coating사이의 결합강도보다 우수하였다. 6. Multilayer coating층내의 TiC 및 TiN coating층들은 stoichiometry조성을 이루었으며, 표면층은 dense한 equiaxed조직을 나타내었다.