RF 플라즈마 CVD에 의해 합성된 질소 함유 다이아몬드상 카본필름의 구조 및 기계적 특성

벤젠과 암모니아가 혼합된 합성 개스의 r.f. 글로우 방전을 이용하여 질소함유 다이아몬드성 카본 필름을 합성하였다. 합성개스내의 암모니아 개스 분율을 0 에서 0.79 까지 변화시키고 바이아스 음전압은 100V에서 900V까지 변화시키면서 합성된 필름의 조성과 구조, 그리고 잔류응력 및 경 도등 기계적 특성을 조사하였다. 합성개스내의 암모니아 분율이 0.79 까지 증가함에 따라 필름의 압축 잔류응력이 1.7 GPa 에서 1.0 GPa 로 감소하였으며, 필름의 경도도 2750 Kgf/mm² 에서 1700 Kgf/mm²로 감소하였다. 질소를 함유한 필름에서는 탄소와 삼중결합을 하는 질소가 관찰되 었으며, 이러한 질소는 수소와 함께 inter-link의 양을 감소시키는 역할을 한다. 따라서, 암모니아 의 첨가에 따라 발생하는 필름내의 수소함량 변화와 질소의 결합형태를 조사하므로써, 필름의 기 계적 특성이 sp² cluster의 3차원적 inter-link에 크게 의존하고 있음을 보여줄 수 있었다. 한편, 바이아스 전압의 증가에 따른 기계적 특성의 변화는 질소를 함유하지 않은 경우와 정성적으로 같 은 거동을 보이고 있었다.

Nitrogen incorporated diamond-like carbon films were deposited by r.f. glow discharge of mixtures of benzene and ammonia gases. Mechanical properities, composition and atomic bond structure were investigated when the fraction of ammonia increases from 0 to 0.79 and the negative self bias voltage of cathode from 100 to 900 V. Both the residual compressive stress and the hardness decrease from 1.7 to 1.0 GPa and from 2750 to 1700 Kgf/mm², respectively. In addition to hydrogen, triply bonded nitrogens also play a role of teminal sites of the three dimensional atomic bond network. By considering the hydrogen concentration and the nitrogen bond characteristics, it can be shown that the mechanical properties of the films are determined by the content of three dimensional inter-links of sp² clusters. Although the mechanical properties are affected by the nitrogen addtion, its depedence on the negative bias voltage is qualitatively identical to that of pure diamond-like carbon films.