본 논문에서는 비파괴적인 방법으로 박막의 점착력을 측정하는 모델을 제시하였다. 이 모델은 기존 모델에서 전처리 공정 과정을 다르게 한 같은 재료에서의 점착력만 비교 가능했던 점을 보완할 수 있었다. 그를 위해서 연질 박막에서 압입자 하부에 수압 영역이 생긴다는 점에 착안하여, 해당 경우에 계면인자의 구성 요소인 기판 의 소성변형역을 새로이 구하고자 하였다.
이를 같은 재료의 연질 박막+서로 다른 기판, 서로 다른 연질 박 막+같은 기판, 경질 박막+서로 다른 기판으로 3가지 경우에서 기 존 모델, 새로운 모델에서 각각 점착력을 구한 후에 스크래치 테스 트와 비교 및 분석을 해보았다.
그 결과 서로 다른 기판에 같은 연질 박막을 증착한 경우에 본 모델을 사용하는 것이 적합하다는 것을 확인할 수 있었다. 박막을 다른 재료로 증착한 경우에는 스크래치 테스트와 경향성은 일치하 였으나, 시험법과 모델의 한계로 많은 차이를 보였다.
또한 경질의 박막끼리 비교한 경우 두 모델 모두 스크래치 테스 트와 큰 차이를 보였다. 이는 새로 제시한 모델과 기존 모델 모두 경질 박막, 다른 재료의 점착력을 측정하기에는 적합하지 않음을 의 미한다.
그러므로 이 모델은 같은 연질 박막을 서로 다른 기판에 증착했 을 때의 점착력 평가에 확인할 수 있다. 하지만 그 이외의 경우에는 응용하기 어렵다는 한계가 있다. 그리고 기존 모델에서 재료의 한계 가 있었다는 점에서 벗어나, 서로 다른 재료에서도 비교가 가능하게 되었다는 점에서 의의를 가진다.
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Figure A.1 Overall surfaces after the scratch test
Appendix
Figure A.2 Scratch test result of Ti-Al composite
Figure A.3 Scratch test result of Al-Al composite
Figure A.4 Scratch test result of Cu-Al composite
Figure A.5 Scratch test result of Ti-Cu composite
Table A.1 Adhesion values of each model for Al thin filmed composites
Table A.2 Adhesion values of each model for Ti hard substrated composites
Table A.3 Adhesion values of each model for Al soft substrated composites
[Abstract]
Evaluating Adhesion of Soft Thin Films on Hard substrate
using Indentation Test
Suh, Ju Yon Department of Materials Science and Engineering The Graduate School Seoul National University
An artificial interface was constructed by bonding two different materials together. This resulted in the interface being relatively weaker as compared with the film and the substrate. The adhesion strength, which occurs from deposition, is one of the most important factors to evaluate the reliability of a thin-film system. The conventional methods to evaluate adhesion strength of thin films have used destructive tests. In this thesis, a new model is proposed based on the previous model, which makes the model more specific using a nano-indentation test as a non-destructive method.
In the previous model, the plastic zone of relatively softer material, which has lower hardness, is constrained by the adhesion force of the interface. To calculate the interface parameter, the plastic zone size of substrate and film, the hardness of the film, substrate, and composite are required.
The adhesion strength can be evaluated from the equation from the values of the interface parameter and the hardness of the relatively soft material.
In this previous model, the adhesion strength could be qualitatively compared only between same composite materials. However, they could be manufactured from different manufacturing processes. But when different material composites compared, the previous model cannot be used, because it assumes that the plastic zone size of substrate directly depends on the indentation and does not consider the relation between the thin film and substrate at the composite situation.
In this thesis, a new method indirectly calculating the plastic zone of the substrate considering the composite situation, is proposed. This method is based on the theory that during the indentation process, hydrostatic pressure is produced when the thin film has a lower hardness than that of the substrate.
The different soft thin films deposited on the same substrate and the same soft thin-film material deposited on different substrates are constructed and compared with scratch tests as their reference. As a result, validity of the