Ti £ ? Ò × U c lT c lÊ Ý Al 2 O 3 M m T ; c ] k ùV R Ëc Ü R 4 ì Å ¤V R Ë
T ` 9 * å · ~ ç ¡` 9 r ) · »G B4 w H ∗
Ö
¦í ß @ / < Æ § Ó ü t o < Æõ , Ö ¦í ß 680-749
T ç ¡g ` @ · a @ x · T < , >
Ö
¦í ß @ / < Æ § ' é ß èF / B N < Æ Ò, Ö ¦í ß 680-749
"
k4 w H# Ü · ~ ç ¡¨ £4 w H · »* å ` 9
Û
¼ à Ô , Ö ¦í ß 689-934 (2005¸ 2 Z 4 7{ 9 ~ à Î6 £ §)
DC Õ ªW 1à Ô : r Û ¼( ' a A ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð Al
2O
3l ó ø Í 0 A\ Ti ~ à Ì} ` ¦ 7 £ x Ã Ì # DC Ø ¦§ 4 (1.5, 2.0, 2.5 kW) \ É r ~ à Ì} õ l ó ø Í s _ > : £ ¤$ í ` ¦ ¸ % i . Al
2O
3l ó ø Íõ Ti ~ Ã Ì} s \ × æç ß 8 £ x s > r F
% i Ü ¼ 9, × æç ß 8 £ x_ $ í ì r s Ti, Al, O " é ¶ è Ð + þ A$ í ÷ &% 3 . × æç ß 8 £ x_ " é ¶ è[ þ t É r TiO, Ti
3Al, TiAl
3ü <
° ú
É r o½ + ËÓ ü t Ð + þ A$ í ÷ &# Q e Ü ¼ 9, s ü < ° ú É r o½ + ËÓ ü t É r Al
2O
3l ó ø Í\ < ÊÄ » ) a Al, O Ti ~ Ã Ì} Ü ¼ Ð S X í
ß ÷ &# Q Tiü < ì ø Í6 £ x # + þ A$ í ) a כ s . Alõ O" é ¶ S X í ß 5 Å q ¸ H Al
2O
3l ó ø Í 0 A\ Ti ~ à Ì} s 7 £ x à Ì
| ¨
c M : DC Ø ¦§ 4 \ l ó ø Í\ ÷ & H \ P \ -t \ _ > r % i . Tetragonal © ` ¦ Al
2O
3l ó ø Í õ
hexagonal © ` ¦ Ti ~ Ã Ì} s \ tetragonal © ` ¦ TiAl
3ü < hexagonal © ` ¦ Ti
3Al o
½ +
ËÓ ü t × æç ß 8 £ x s + þ A$ í ÷ &# Q l ó ø Íõ ~ Ã Ì} s _ Â Ò& ñ ½ + Ë ` ¦ ¢ - a or & Ti ~ Ã Ì} õ Al
2O
3l ó ø Í s _
] X à ̧ 4 ` ¦ ¾ Ó © r ( . DC Ø ¦§ 4 s 7 £ x ½ + Éà º2 ¤ × æç ß 8 £ x_ ¿ ºa 7 £ x % i Ü ¼ 9, : £ ¤ y × æç ß 8 £ x \ + þ A
$ í
) a Ti
3Al o½ + ËÓ ü t 8 £ x s ¿ º, > + þ A$ í | ¨ c à º2 ¤ ] X à ̧ 4 s ¾ Ó © ÷ &% 3 . DC Ø ¦§ 4 \ É r Ti ~ à Ì} _ q $
½
Ó É r H o\ ¦ ? /t · ú § ¤ .
PACS numbers: 73.40N
Keywords: Ti ~ à Ì} , DC Õ ªW 1à Ô : r Û ¼ ' a A, ] X à ̧ 4 , q $ ½ Ó
I. " e  ] Ø
þ
j H p ç ¼q r \ " f · ú À Òp l ó ø Í\ Ti> ~ Ã Ì} ` ¦ 7 £ x
Ã Ì # Ô ¦ Ö ¸$ í l ^ \ ¦ G î r Ä »o ü < x 9 4 xô Ç õ · ú Ð ñ
è Ð" f r ó ø Í ¦ e . s ü < ° ú É r ] j¾ ¡ §` ¦ l ^ 4 x{ 9 + þ A õ
· ú Ð ñ è (Gas Filled Surge Absorber, GFSA) H
"
ft Ð ñ è ü < q § 6 £ x² ú 5 Å q ¸ü < ø @$ í s 8 A# Q
9 ì ø Í% ò ½ ¨& h 6 x s 0 p x [1]. s M :, Al
2O
3l ó
ø Íõ Ti ~ à Ì} s \ ] X à ̧ 4 õ ~ à Ì} _ $ ½ Ó É r GFSA_
ø @$ í õ è : £ ¤$ í \ % ò ¾ Ó` ¦ ï r . ¦ · ú / ¦ À Ó " ft
Ti ~ à Ì} \ ÷ &% 3 ` ¦ M :, ~ à Ì} _ y © ô Ç ] X à ̧ 4 É r ~ à Ì} _
» 1 Ï} ` ¦ þ j è o 9, ± ú É r $ ½ Ó É r õ · ú Ð ñ è _
ì ø Í6 £ x r ç ß ` ¦ é ß » ¡ ¤ r & ï r [2–4]. Al
2O
3ü < Ti ~ Ã Ì} s
_ â > ì ø Í6 £ x Ò q t$ í Ó ü t` ¦ ½ ©" î l 0 AK Ã º´ ú § É r ½ ¨
∗
E-mail: [email protected];Tel: 052-259-1563 Fax: 052-259- 1693
[ þ t_ ½ ¨ü < 7 HÔ q ts > 5 Å q ÷ &# Q M ® o Ü ¼ [5–9], z ´] j í H à º Ti_ â Ä º â > \ Ti-Al> o½ + ËÓ ü t s + þ A$ í ) a H כ s þ
j H \ · ú 9& [10]. : £ ¤ y , í H Ã ºô Ç Tiü < Al
2O
3s _
â
> ì ø Í6 £ x \ ' aô Ç & ñ x 9 ô Ç z ´+ « > õ [ þ t \ _ # [10–
12] Ti-Al o½ + ËÓ ü t + þ A$ í ` ¦ " î S X y Ð# Å Ò ¦ e t ë ß , Ti
3Al ü
@\ TiAl\ ' aô Ç z ´+ « >& h z ´` ¦ f ¸ " î S X > K $ 3
t 3 l w ¦ e . Å Ò Ð [ j b ½ + ËF K > \ ¦ @ / © Ü ¼ Ð S X í ß
© \ " f â > ì ø Í6 £ x Ò q t$ í Ó ü t s 8 £ x ~ Ã Ì} _ + þ AI Ð + þ A$ í
| ¨
c â Ä º Õ ª C \ P í H " f\ @ /ô Ç \ V8 £ ¤ É r Van Loo 1 p x \ _ K ]
jr ÷ &% 3 . s כ É r y " é ¶ è_ ¦Ä »(intricsic) S X í ß ½ ¨1 l x
§
4 ` ¦ Õ ª " é ¶ è_ o < Æ íJ $ [ > l Ö ¦ l Ð ³ ð & ³½ + É Ã º e H
&
h Ü ¼ РÒ' Ø ¦µ 1 Ïô Ç כ Ü ¼ Ð # Q* ô Ç " é ¶ è ¸ _ o < Æ
íJ $ [ > s 7 £ x H ~ ½ Ó ¾ ÓÜ ¼ Ð S X í ß | ¨ c à º \ O H ½ ©g Ë :` ¦ [ O
" î ô Ç . Li 1 p x [11] É r s ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð Ti/Al
2O
3â > ì ø Í 6
£
x Ò q t$ í Ó ü t s Ti
3Al, TiAl 1 p x, Ti-O m Ti-Als H z
´+ « > õ \ ¦ [ O " î % i . : r ½ ¨ H DC Õ ªW 1à Ô : r Û ¼ (
' a A` ¦ s 6 x # Al
2O
3l ó ø Í0 A\ DC Ø ¦§ 4 \ É r Ti
-232-
Fig. 1. Surface morphology of Ti films with different DC powers.
~ Ã
Ì} ` ¦ 7 £ x à Ìô Ç Ê ê, 3.0 × 10
−3Torr_ Ar Û ¼ ì r0 Al \
"
f 400
◦C Ð \ P % o # & ñ o ) a Ti ~ Ã Ì} ` ¦ ] j % i
. ~ Ã Ì} _ : £ ¤$ í ¨ î \ ¦ 0 A # ø @$ í \ f ] X & h Ü ¼ Ð % ò
¾ Ó` ¦ Å Ò H ] X Ã Ì y © ¸, $ ½ Ó 1 p x` ¦ 8 £ ¤& ñ % i ¦, ¸$ í ,
&
ñ $ í x 9 ³ ð ' a¹ 1 Ï` ¦ 0 A # X-Ray Diffraction (XRD) x 9 Scanning Electron Microscopy (SEM)` ¦ 8 £ ¤& ñ % i .
II. ÷ m Ç] M öU ê s0 n É
7
£
x à Ì\ · ú ¡" f l ó ø Í_ [ j' x 9 \ P % o \ ¦ % i . ¿ º a
0.5mm & ñ · ú À Òp (Al
2O
3)\ ¦ l ó ø ÍÜ ¼ Ð 6 x
% i Ü ¼ 9, é ß ` ¦ : xô Ç x } _ ¿ ºa 8 £ ¤& ñ ` ¦ 0 A # { 9 & ñ ç
ß Ü ¼ Ð ¸ ú Â Ò Qt ¸2 ¤ ë ß [ þ t% 3 . · ú À Òp l ó ø Í` ¦ 2 × 2 cm
2 Ð ] X é ß ô Ç Ê ê [ j : r õ \ ò ø Í` ¦ \ y y 10ì rm í 6
£
§ [ j' # 800
◦C \ " f 2r ç ß \ P % o % i . s Qô Ç
\ P
% o õ & ñ É r · ú À Òp l ó ø Í\ · ¡ # Qe H Ô ¦í HÓ ü t` ¦ ] j
¦, à ºì r` ¦ 7 £ xµ 1 Ïr & 7 £ x Ã Ì © q _ / B N ¸\ ¦ Z } s l 0
Aô Ç כ s [13].
Ti ~ à Ì} ` ¦ 7 £ x Ã Ì l 0 Aô Ç Ti ³ ð& h É r 99.9 %_ í H à º w
³ o u` ¦ 6 x % i Ü ¼ 9, ß ¼l H 5 × 15 inch s % 3 . $ / B N
*
3 á Ô Ð H rotary pump 6 x ÷ &% 3 Ü ¼ 9, ¦ / B N * 3 á Ô Ð
H cryopump\ ¦ 6 x # 10
−5Torr_ ¦ / B N` ¦ Ä »t
%
i . s : r > s t \ ¦ / B N > s t Ð 6 x # \ O / B N ¸
\
¦ S X % i Ü ¼ 9, ¦ / B N * 3 á Ô Ð 6 x ) a cryopump_ 1 l x
` ¦ 0 AK * 3 á Ô\ ¦ Ó o^ ó ¡ µ ¢ §` ¦ 6 x # 10K Ð Í ty r & Ä
»t r ( . " é ¶ É r 5kW_ & ñ À Ó" é ¶` ¦ 6 x % i ¦, Û ¼ (
' a A6 x ~ ½ Ó l ^ Ð Ar Û ¼\ ¦ 6 x % i . / B N& ñ · ú § 4 õ
DC Ø ¦§ 4 _ o\ ¦ 20ì r 1 l xî ß ' a¹ 1 Ïô Ç õ / å L ô Ç · ú
§
4 © 5 p x s : r ¸ o H t · ú § ¤ . f À Ó " é ¶(1.5
∼ 2.5 kW)õ ³ ð& h \ / B N/ å L ÷ & H / B N& ñ · ú § 4 (5,7,9mTorr)` ¦
or v 9 DC Û ¼( ' a A ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð Ti ~ à Ì} ` ¦ 7 £ x Ã Ì % i
.
Fig. 2. Lateral images and thickness of Ti films with different DC powers.
Ti ~ à Ì} ` ¦ 7 £ x à Ìô Ç Ê ê í ß èü < / B N l × æ_ à ºì r õ _ ì ø Í6 £ x
`
¦ } l 0 AK r « Ñ\ ¦ / B N 6 x l \ Ð ' a % i ¦, / B N \ " f _
\ P % o \ ¦ 0 AK 500
◦C t \ P % o 0 p xô Ç / B N Õ þ ! Q
\
¦ ï r q % i . \ P % o 6 x / B NÕ þ ! Q H diffusion pump\ ¦ s
6 x # 5 × 10
−5Torr_ ¦ / B N` ¦ Ä »t % i ¦, 3 × 10
−3Torr_ Ar ì r0 Al \ " f 400
◦C 1 r ç ß 1 l xî ß \ P % o
% i . Ti ~ à Ì} _ $ ½ Ó 8 £ ¤& ñ ` ¦ 0 A # Ti ~ à Ì} s 7 £ x à Ì
)
a · ú À Òp l ó ø Í` ¦ ] X é ß # ³ ð \ Ð' o * 3 á Ô\ ¦ s 6
x # íl / B N` ¦ 6 × 10
−2Torr Ð C l ô Ç Ê ê, Ar ì r0 A l
\ " f À Ó 30 mA Ð 10ì r 1 l xî ß DC Û ¼( ' a A ~ ½ Ó Z O
Ü ¼ Ð " é ¶+ þ A + þ AI _ É r F G` ¦ 7 £ x Ã Ì % i . Ti ~ à Ì} s 7 £ x
Ã
Ì ) a · ú À Òp l ó ø Í` ¦ ] X é ß # SEMÜ ¼ Ð ~ Ã Ì} _ ¿ ºa
\
¦ 8 £ ¤& ñ % i . s M : ] j ¸ ) a ~ Ã Ì} _ ³ ð } 9 l 1 p x` ¦
·
ú Ðl 0 A # ³ ð + þ A © õ é ß + þ A © ¸ < Êa ' a¹ 1 Ï % i
.
~ Ã
Ì} _ é ß ' a¹ 1 Ïr { 9 ì ø Í& h ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð H Al
2O
38 £ x õ
Ti ~ Ã Ì} s _ â > ` ¦ ½ ¨Z > l # Q§ > l M :ë H \
\
-t ì rí ß ì rF gZ O (energy dispersive spectroscopy, EDS)\ ¦ s 6 x # Al
2O
38 £ x õ Ti ~ Ã Ì} s _ â > \ ¦ S X
% i . ~ Ã Ì} _ & ñ ½ ¨ ¸ x 9 © ì r$ 3 ` ¦ l 0 A
#
XRD 8 £ ¤& ñ ` ¦ % i . ] X à ̧ 4 8 £ ¤& ñ É r · ú { 9 s 1 l x r +
«
>Z O (scratch adhesion test, SAT)` ¦ s 6 x # 6 £ §$ í (acoustic emission signal)\ ¦ Ø ¦ H ~ ½ ÓZ O ` ¦ 6 xô Ç .
: r ½ ¨\ " f H · ú { 9 s 1 l x r + « >Z O Ü ¼ Ð Ti ~ Ã Ì} _ ³ ð
`
¦ / å T É r Ê ê µ 1 ÏÒ q t H 6 £ §$ í \ ¦ 8 £ ¤& ñ # e > × æ° ú כ` ¦
& ñ % i Ü ¼ 9, s M : y r « Ñ_ e > × æ° ú כ` ¦ q § # Ti F K5 Å q ~ à Ì} _ © @ /& h ] X à ̧ 4 ` ¦ q § % i . Ti F K5 Å q
~ Ã
Ì} _ q $ ½ Ó É r 4é ß Z O Ü ¼ Ð · ú õ À Ó\ ¦ 8 £ ¤& ñ #
ρ =
ln(2)πt VI= 4.532t
VId ` ¦ s 6 x # > í ß % i .
III. + s ÇÊ Ý õ m Í À X Ø8 ý
Fig. 1 õ 2 H Ar ì r· ú q 7 mTorr{ 9 M : DC Ø ¦§ 4 1.5, 2.0, 2.5 kW \ " f 7 £ x à Ìô Ç Ê ê 400
◦C \ " f \ P % o ô Ç Ti ~ Ã Ì} _
é ß õ ³ ð SEM s . DC Ø ¦§ 4 s 1.5kw { 9 M : z
· ú _ ß ¼l ¦ / B N/ B N(porous) s + þ A$ í ÷ &% 3 Ü ¼ DC Ø
¦§ 4 s 7 £ x ½ + Éà º2 ¤ z · ú _ + þ AI H " î ¦ ¸x 9 % i
. s & ³ © É r DC Ø ¦§ 4 s 7 £ x ½ + Éà º2 ¤ Ti ³ ð& h \ ÷ &
H \ -t 7 £ x # 8 ´ ú § É r Ti { 9 [ þ t s ³ ð& h \ " f b
#
Q4 R ¸l M :ë H s . DC Ø ¦§ 4 s 1.5 kW{ 9 M : Ti ~ à Ì} _ ¿ ºa H 8.5 µm s % 3 ¦ Ø ¦§ 4 s 2.0, 2.5 kW Ð 7 £ x ½ + É Ã
º2 ¤ 8.7 \ " f 8.9 µm Ð 7 £ x % i . s ü < ° ú É r ¿ ºa _
o ¸ ³ ð z · ú _ ß ¼l ü < ° ú s DC Ø ¦§ 4 s 7 £ x < Ê\
Ti ³ ð& h Ü ¼ ÐÂ Ò' b # Q4 R ¸ H { 9 _ \ -t 7 £ x
l M :ë H s [14]. ¢ ¸ô Ç Al
2O
3ü < Ti ~ Ã Ì} s \ × æ ç
ß 8 £ x s > r F < Ê` ¦ · ú à º e Ü ¼ 9 s × æç ß 8 £ x É r DC Ø ¦§ 4 s 1.5 kW{ 9 M : 2.5 µm s % 3 ¦, DC Ø ¦§ 4 s 2.0 kW\ " f 2.5 kW Ð 7 £ x < Ê\ 3.4 µm\ " f 4.6 µm Ð 7 £ x % i .
Al
2O
3l ó ø Íõ Ti ~ Ã Ì} s \ > r F H × æç ß 8 £ x` ¦ X r
Fig. 3. The XRD patterns of Ti film with different DC powers.
Fig. 4. The resistivity of Ti films with different DC pow- ers.
] X
(X-ray diffraction, XRD)õ \ -t ì rí ß ì rF g(energy dispersive spectroscopy, EDS)Z O ` ¦ s 6 x # $ í ì r ì r$ 3
`
¦ z ´r % i .
Fig. 3 É r DC Ø ¦§ 4 \ É r Ti ~ à Ì} _ XRD ì r$ 3 õ
\
¦ · p כ s . Õ ªa Ë >\ " f ¸ H DC Ø ¦§ 4 \ " f (100) ~ ½ Ó
¾ Ó_ Ti x ß ¼ H כ ` ¦ · ú Ã º e H X <, 2.0 kWü <
2.5 kW \ " f 7 £ x à Ìô Ç Ti ~ à Ì} _ XRD 8 £ ¤& ñ \ " f H (101) ~ ½ Ó
¾ Ó_ Ti x ß ¼ < Êa z ¤ . r] X y ` ¦ S X @ / # ³ ð & ³ K
Z ~ É r ¸ É rA á ¤ Õ ªa Ë >` ¦ ¶ ú ( R Ð 1.5 kWü < 2.0 kW\ " f 7
£
x à Ìô Ç Ti ~ à Ì} â Ä º (201) ~ ½ Ó ¾ Ó_ Ti
3Al © s / B N: x& h Ü
¼ Ð z ¤Ü ¼ 9, 2.0 kW\ " f 7 £ x à Ìô Ç ~ à Ì} â Ä º (019)
~
½ Ó ¾ Ó_ TiAl
3 © s < Êa z ¤ . 2.5 kW\ " f 7 £ x à Ìô Ç Ti ~ à Ì} \ " f (004) ~ ½ Ó ¾ Ó_ TiAl
3 © s z ¤Ü ¼ 9 (101)
Fig. 5. The acoustic emission signal of Ti films with
different DC powers.
~
½ Ó ¾ Ó_ Ti x ß ¼ ¸ < Êa z ¤ . " f DC Ø ¦§ 4 s 7 £ x
½ + ÉÃ º2 ¤ Ti ~ Ã Ì} õ Al
2O
3l ó ø Í s _ × æç ß 8 £ x \
H © É r Ti
3Al, TiAl
2, TiAl
3í H Ü ¼ Ð Ti_ ¸$ í s y è
¦ Al ¸$ í s 7 £ x H o½ + ËÓ ü t s Ò q t$ í ÷ &% 3 . s ü < ° ú
É
r o½ + ËÓ ü t É r Fig. 2 \ " fü < ° ú s Al
2O
3l ó ø Íõ Ti ~ Ã Ì}
s _ â > \ + þ A$ í ÷ & H Ò q t$ í Ó ü t Ð Al
2O
3l ó ø Í ? /Â Ò\
> r F H Al s Ti ~ Ã Ì} A á ¤ Ü ¼ Ð S X í ß ÷ &# Q Tiü < o < Æì ø Í6 £ x
`
¦ { 9 Ü ¼& Ò q t$ í ÷ & H כ s [15].
Ti ~ à Ì} _ ] X à ̧ 4 õ q $ ½ Ó` ¦ ¸ l 0 A # Û ¼ß ¼ A
u r + « > (scratch test)õ 4é ß Z O (four point probe method)` ¦ s 6 xô Ç q $ ½ Ó 8 £ ¤& ñ ` ¦ % i ¦, Õ ª õ \ ¦ DC Ø
¦§ 4 \ Fig. 4\ ? /% 3 . DC Ø ¦§ 4 s 1.5 kW
~ Ã
Ì} _ â Ä º É r DC Ø ¦§ 4 õ q § e > × æ (criti- cal load, Lc) ° ú כs 11.2 NÜ ¼ Ð © Z } ¤Ü ¼ 9, s ü < ° ú É r e
> × æ ° ú כ É r ~ Ã Ì} \ { 9 & ñ ô Ç × æ` ¦ % i ` ¦ M :, ³ ð
\ " f acoustic emission signal (AES)s / å L y o÷ &
H t & h Ü ¼ Ð ] X à ̧ 4 y © ¸\ ¦ · p [16].
s
ü < ° ú É r AES_ o\ ¦ Fig. 5 \ ? /% 3 Ü ¼ 9, AES
/ å L y o H t & h _ e > × æ ° ú כ` ¦ ¹ 1 Ô` ¦ Ã º e .
¢
¸ô Ç Fig. 4 РÒ' q $ ½ Ó É r DC Ø ¦§ 4 s 7 £ x < Ê\
_ { 9 & ñ ô Ç q Ö ¦ Ð y è H כ ` ¦ · ú Ã º e Ü ¼ 9, 2.5 kW { 9
M : 24 µΩm Ð ± ú É r q $ ½ Ó ° ú כ` ¦ ? /% 3 . Fig. 1_ SEM ³ ð + þ A © \ " f ' a¹ 1 Ï ) a × æç ß 8 £ x_ % ò % i s q $ ½ Óõ ] X
à ̧ 4 \ % ò ¾ Ó` ¦ Å ÒÙ ¼ Ð [15], Fig. 3_ XRD ì r$ 3 õ Ð Â
Ò' Al
2O
3l ó ø Íõ Ti ~ Ã Ì} _ × æç ß 8 £ x \ Alõ Ti o½ + ËÓ ü t s
> r F < Ê` ¦ S X ½ + É Ã º e % 3 . XRD õ \ " f · ú Ã º e 1
p
w s DC Ø ¦§ 4 1.5 kW\ " f 7 £ x à Ìô Ç Ti ~ à Ì} â Ä º (201)
~
½ Ó ¾ Ó_ Ti
3Al © ë ß ¦, s M : ] X à ̧ 4 s © Ä ºÃ º
% i . ¢ ¸ô Ç DC Ø ¦§ 4 2.5 kW\ " f 7 £ x à Ìô Ç Ti ~ à Ì} â Ä
º (101) ~ ½ Ó ¾ Ó_ Ti © s z ¤ ¦, Ti_ ¸$ í M :ë H \ 2.5 kW \ " f 7 £ x à Ìô Ç ~ à Ì} _ q $ ½ Ós ± ú > 8 £ ¤& ñ ÷ &% 3 .
Fig. 6 É r Al
2O
3l ó ø Í 0 A\ 7 £ x à Ìô Ç Ti ~ à Ì} _ é ß ` ¦ SEM Ü ¼ Ð 8 £ ¤& ñ ¦, EDSZ O ` ¦ s 6 x # $ í ì r ì r$ 3 ô Ç כ
Fig. 6. The chemical composition between Ti find and Al
2O
3substrate by measuring SEM EDS.
s
. Õ ªa Ë >\ " fü < ° ú s Al
2O
3l ó ø Íõ Ti ~ Ã Ì} s \
H × æç ß 8 £ x É r Ti, Al Õ ªo ¦ O_ $ í ì r Ü ¼ Ð + þ A$ í ÷ &# Q e
Ü ¼ 9, s כ Ü ¼ ÐÂ Ò' × æç ß 8 £ x \ H Ti, Al Õ ªo ¦ O / B N
> rô Ç H כ ` ¦ · ú Ã º e . s ü < ° ú É r & ³ © É r Ti ~ Ã Ì} ` ¦ 7
£
x Ã Ì ½ + É M : DC Ø ¦§ 4 , Ar ì r· ú q Õ ªo ¦ \ P % o : r ¸\ _ K Al
2O
3l ó ø Í\ \ P \ -t ² ú ÷ & ¦, s \ P \ -t
\
_ K Al
2O
3l ó ø Í\ > r F H p | ¾ Ó_ Alõ O_ S X í ß s
µ 1 ÏÒ q tô Ç . & ³F t Ð ¦ ) a Al, Ti, O s _ © ¨ î + þ A K
$ 3 \ _ Al
2O
3Ti-Oü < © ¨ î + þ A` ¦ s À Ò ¦ e Ti-Al ü < ¨ î + þ A` ¦ s À Ò ¦ e # Q ¸ Al
2O
3\ " f Ti Al` ¦ u
¨ 8
# [ þ t # Qt H · ú § H [17]. " f Al
2O
3ü < í H Ã ºô Ç Ti ] X 8 ú ¤ ¦ e ` ¦ â Ä º, â > \ " f p | ¾ Ó_ Al
2O
3ì
r K ÷ &# Q + þ A$ í ) a Al " é ¶ ü < O " é ¶ ] X ô Ç Ti ~ Ã Ì} 5
Å
q Ü ¼ Ð S X í ß ÷ &# Q [ þ t # Q ¦ e . s ü < ° ú s Al
2O
3l ó ø Í 0 A\ Ti ~ à Ì} ` ¦ 7 £ x à ̽ + É M : â > \ " f Ò q t$ í | ¨ c à º e H Ó
ü t| 9 _ © I ¸(phase diagram)\ ¦ Fig. 7 \ ? /% 3 [18, 19]. Fig. 7 \ " fü < ° ú s Al
2O
3l ó ø Í_ Oü < Ti ~ Ã Ì} s
ì ø Í6 £ x # TiO\ ¦ Ò q t$ í 9, Alõ Ti ~ Ã Ì} s ì ø Í6 £ x # Ti
3Al, TiAl, TiAl
2, TiAl
3ü < ° ú É r o½ + ËÓ ü t` ¦ + þ A$ í ½ + É Ã º e
[20,21]. s ü < ° ú É r o½ + ËÓ ü t[ þ t s ì ø Í6 £ x½ + É M : l ó ø Í\
÷ & H \ P \ -t 7 £ x < Ê\ Als ´ ú §s í < Ê ) a o½ + Ë Ó
ü
t` ¦ + þ A$ í 9, â > \ ¿ º t s © _ © ` ¦ + þ A$ í l
¸ ô Ç . Fig. 3_ XRD ì r$ 3 Ü ¼ ÐÂ Ò' · ú Ã º e 1 p w s DC Ø
¦§ 4 s 7 £ x ½ + Éà º2 ¤ Al_ ¸$ í q H o½ + ËÓ ü t s Ò q t$ í ÷ &
%
3 . DC Ø ¦§ 4 s 1.5 kW{ 9 M : Ti
3Alë ß + þ A$ í ÷ &t ë ß , 2.0 kW{ 9 M : TiAl
2ü < Ti
3Al s < Êa + þ A$ í ÷ & 9, 2.5 kW{ 9 M :
H TiAl
3ë ß + þ A$ í ÷ &% 3 . s & ³ © É r DC Ø ¦§ 4 s 7 £ x ½ + Éà º 2
¤ l ó ø Í\ 8 ´ ú § É r \ P \ -t ² ú ÷ &# Q 8 ´ ú § É r Al S X í
ß s { 9 # Q l M :ë H s .
s
ü < ° ú s Al
2O
3l ó ø Íõ Ti ~ Ã Ì} â > \ " f Ò q t$ í ) a
o½ + ËÓ ü t8 £ x É r ] X à ̧ 4 õ x 9 ] X ô Ç ' aº s e Ü ¼ 9, tetragonal
Fig. 7. The diffusion path in the interface of Al
2O
3sub-
strate and Ti films.
© ` ¦ + þ A$ í H Al
2O
3l ó ø Íõ hexagonal © ` ¦ + þ A$ í H Ti ~ Ã Ì} s \ hexagonal © ` ¦ + þ A$ í H Ti
3Al õ tetrag- onal © ` ¦ + þ A$ í H TiAl
3o½ + ËÓ ü t s Ò q t$ í ÷ &# Q l ó ø Íõ ~ Ã Ì }
s _  Ò& ñ ½ + Ë ` ¦ ¢ - a or & Å Ò# Q ] X à ̧ 4 ` ¦ 7 £ x
r v 9 [15], : £ ¤ y XRD ì r$ 3 õ ] X à ̧ 4 8 £ ¤& ñ õ ÐÂ Ò '
Ti
3Al 8 £ x s ¿ º, > + þ A$ í | ¨ c à º2 ¤ Ti ~ à Ì} _ ] X à ̧ 4 s
¾ Ó © ÷ &% 3 .
IV. + s Ç Â ] Ø
: r ½ ¨ H DC magnetron sputteringZ O ` ¦ s 6 x # Al
2O
3l ó ø Í 0 A\ DC Ø ¦§ 4 \ É r Ti ~ à Ì} ` ¦ 7 £ x Ã Ì % i Ü ¼ 9, 7 £ x Ã Ì ) a ~ à Ì} _ ³ ð + þ A © , ½ ¨ ¸ ì r$ 3 , ] X à ̧ 4 x 9 q $
½ Ó 8 £ ¤& ñ ` ¦ : x # 6 £ § õ ° ú É r : r` ¦ % 3 % 3 .
1. DC Ø ¦§ 4 s 7 £ x ½ + Éà º2 ¤ Ti ~ à Ì} ³ ð _ z · ú ß ¼l H
&
t ¦ ~ Ã Ì} ¿ ºa ¿ º 0 >& Ü ¼ 9 l ó ø Íõ Ti ~ Ã Ì} s _
× æç ß 8 £ x_ ¿ ºa ¸ 7 £ x % i
2. Ti ~ Ã Ì} _ & ñ ½ ¨ ¸ H (100) õ (101) ~ ½ Ó ¾ Ó_ Ti x ß ¼
ß ¼> z ¤Ü ¼ 9, DC Ø ¦§ 4 s 7 £ x < Ê\ Al
2O
3l
ó ø Íõ Ti ~ Ã Ì} s _ â > \ " f Ò q t$ í ÷ & H o½ + ËÓ ü t_ Al ¸$ í q 7 £ x # Ti
3Al \ " f TiAl
3 Ð o % i .
s
ü < ° ú s ¸$ í s É r o½ + ËÓ ü t s + þ A$ í ) a " é ¶ É r DC Ø ¦
§
4 s 7 £ x < Ê\ Ti ~ à Ì} s 7 £ x à Ì| ¨ c M : Al
2O
3l ó ø Í\
÷ & H \ P \ -t 7 £ x # Als Ti ~ Ã Ì} A á ¤ Ü ¼ Ð S X í
ß s { 9 # Q l M :ë H s .
3. SEM õ EDS $ í ì r ì r$ 3 Ü ¼ ÐÂ Ò' Al
2O
3l ó ø Íõ Ti ~ Ã Ì} s \ + þ A$ í ) a × æç ß 8 £ x_ " é ¶ è H Al, Ti, O s % 3 Ü
¼ 9, s ü < ° ú É r " é ¶ è[ þ t_ o½ + Ë\ _ K × æç ß 8 £ x s + þ A$ í ÷ &
%
3 . × æç ß 8 £ x \ + þ A$ í ) a o½ + ËÓ ü t É r TiO, Ti
3Al, TiAl
3 Ð ½ ¨
$ í
÷ &% 3 Ü ¼ 9, : £ ¤ y Ti
3Al o½ + ËÓ ü t s × æç ß 8 £ x \ ¿ º, > + þ A$ í
| ¨
c à º2 ¤ ] X à ̧ 4 s Ä ºÃ ºô Ç Ti ~ à Ì} ` ¦ % 3 ` ¦ à º e % 3 .
P c
p 8 ý ò k >
: r ½ ¨ H í ß \ O " é ¶ Â Ò_ t % i + À : § 4 ª $ í \ O _
½
¨ õ Ð Ã º' ÷ &% 3 6 £ §.
Y c
p w à U Ø ô
[1] P. Osmokrovic, I. and Krivokapic, IEEE Trans. on Power Delivery 11, 1 (1996).
[2] H. Kurosawa and Y. Kamijo, Int. Conf. Communi- cations 39, 1 (1981).
[3] T. Kajiwara, K. Maki and H. Satoh, Review of the ECL 33, 364 (1985).
[4] H. Kurosawa and H. Tominuro, IEEE Trans. Comp., Hybrids. Manuf. Technol. 8, 259 (1985).
[5] Woo-Chun Lee and Choon-Sik Kang, J. of the Ko- rean Inst. of Mat. and Mater. 29, 1038 (1991).
[6] J. H. Selcerian, F. S. Ohuchi, M. Bortz and M. R.
Notics, J. Mater. Sci. 26, 6300 (1990).
[7] C. Sung, J. Mater. Sci. 27, 3807 (1992).
[8] R. E. Tressler, T. L. Moore and R. E. Crane, J.
Mater. Sci. 8, 151 (1973).
[9] F. Hatakeyama, K. Suganuma and T. Okamoto, J.
Mater. Sci. 21, 2455 (1986).
[10] Woo-Chun Lee, Byeong-Joo Lee, Oh-Yang Kwon and Choon-Sik Kang, J. of the Korean Inst. of Mat.
and Mater. 31, 1122 (1993).
[11] X. L. Li, R. Hillel, F. Teyssandier, S. K. Choi and F. J. J. Van Loo, Acta Metal. 40, 3149 (1992).
[12] M. X. Zhang, K. C. Hsieh, J. DeKock and Y. A.
Chang, Scr. Metal. 27, 1361 (1992).
[13] Sung Hoon Lee, Master Thesis, (Seoul National Uni- versity, 2001).
[14] Seong Ryong Yoo, Won Ung Oh, et al., Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics 29, 660 (1992).
[15] B. M. Kim, S. B. Shin, C. Y. Kang and S. L. Lee, Korean Journal of Materials Research 3, 33 (1993).
[16] M. L. Hitchman and K. F. Jensen, Chemical Vapor Deposition, Principles and Applications, (Academic Press, London, 1993). p. 620.
[17] B. J. Lee and N. Saunders, Z. Matallkd 34, 175 (1996).
[18] F. J. J. Van Loo, J. A. Van Beek, G. F. Bastin and R.
Metselaar, Diffusion in Solids, (The Metallurgical Society, Warrendale, 1985). p. 231.
[19] F. J. J. Van Loo, Prog. Solid State Chem. 20, 47 (1990).
[20] Byeong-Joo Lee, J. of the Korean Inst. of Mat. and Mater. 34, 864 (1996).
[21] A. M. Kliauga, D. Travessa, and M. Ferrante, Mater.
Characteristics 46, 65 (2001).
The Characteristics of Interface Layers between Ti Metal Films and Al 2 O 3 Substrate
Sun Young Lee, Sun Hee Kang and Ill-Won Kim
∗Department of Physics, University of Ulsan, Ulsan 680-749
Sang Hyun Lee, Eun Chul Park and Jae Shin Lee
School of Materials Science and Engineering, University of Ulsan, Ulsan 680-749
Won Kyung Seo, Do Won Kang and Young Sun Kim SMART Electronics, Ulsan 689-934
(Received 7 February 2005)
We have fabricated Ti metal films on Al
2O
3substrates by using DC magnetron sputtering method at different DC powers (1.5, 2.0 and 2.5 kW) in high vacuum (10
−5Torr), and we investigated the films’ scratch and resistivities. The thicknesses, the surface and the cross-sectional images of the Ti films were observed by using scanning electron microscopy (SEM). The crystallinity of the films was confirmed by using X-ray diffraction (XRD). The SEM images confirmed the existence of interface layers between the Ti films and the Al
2O
3substrates. Energy dispersive spectroscopy (EDS) showed that the interface layers contained elemental Ti and Al, as well as TiO, Ti
3Al, and TiAl
3compounds.
The compounds were formed by interactions of al and O ions that had diffused from the Al
2O
3substrate with the Ti atoms in the Ti films. This phenomenon could be explained by the diffusion velocity of the Al and the O ions being enhanced due to gains in their thermal energies as a result of the DC power for sputtering the films on to the Al
2O
3substrates being DC power increased.
The adhesion strength was enhanced because the lattice mismatch between the hexagonal phase of the Ti film and the tetragonal phase of the Al
2O
3substrate was alleviated by the formation of interface layers containing TiAl
3with a tetragonal phase and Ti
2Al with a hexagonal phase. The electric resistivity of the Ti films was not affected by the variation in the DC power.
PACS numbers: 73.40N
Keywords: Ti film, DC magnetron sputtering, Adhesive strength, Resistivity
∗
