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ALD 예비보고서

예비보고서실험제목 ALD (Atomic Layer Deposition)이론 및 배경1) 박막 증착법의 종류‘박막(thin film)’이란 1마이크로미터(μm, 100만분의 1미터) 이하의 얇은 두께이다. 기계가공 만으로는 실현 불가능한 엷은 막이다. 실리콘 웨이퍼 기판 위에 원하는 분자 또는 원자 단위의 물질을 박막의 두께로 덮어 전기적 특성을 갖게하는 과정을 증착(Deposition)이라고 한다. 증착을 통해 박막을 성장시킬 수 있다. 증착의 방법으로는 크게 물리적 기상증착방법(PVD, Physical Vapor Deposition)과 화학적 기상증착방법(CVD, Chemical Vapor Deposition)으로 나뉘게 된다. PVD는 금속 박막의 증착에 주로 사용되며 화학반응이 일어나지 않는다. 반면에 CVD는 가스의 화학 반응으로 생성된 입자들을 수증기 형태로 쏘아 증착시키는 방법으로 도체, 부도체, 반도체의 박막 증착에 사용된다. 물리적인 힘에 의해 대상 물질을 기판에 증착하는 PVD는 비교적 단순한 메커니즘과 저온의 상태에서 공정을 하지만 박막의 치밀성 및 접합성이 안좋다. PVD는 열증발법, 전자빔증발법, 스퍼터링법으로 나뉜다. PVD 종류열증발법(thermal evaporation)전자빔증발법(e-beam evaporation)스퍼터링법(sputtering)증착 시키고자 하는 물질을 보트 위에 올려두고 보트를 가열한다. 이로써 증착물질은 증발하여 기판에 증착된다.증착 시키고자 하는 물질을 보트위에 올려둔다. 그 후 전자빔을 이용하여 층착물질을 가열하고 증발시켜 기판에 증착시킨다.증착하고자 하는 물질(타겟)을 막을 입힐 기판에 증착되게 하였을 때, 그 사이에 제4의 물질 상태인 플라즈마를 일으켜 비활성 기체인 아르곤 이온이 (-)극과 연결된 타겟 원자 쪽으로 이동하면서 금속과 부딪힌다. 이때, 금속입자가 튕겨져 나와 반대편에 있는 기판에 쌓이게 된다.PVD 공정 중 다른 입자들이 박막과정에 증착되는 것을 방지하기 위해 진공상태에서 진행해야 CVD 한다. PVD와 달리 반응하려는 기체의 화학적 반응을 이용하여 기판에 증착시키는 CVD는 좋은 피복성을 가지지만 상대적으로 고온의 상태에서 공정을 해야하고 장비가 복잡하다. CVD의 반응단계는 다음과 같다. 먼저 반응가서가 주입되어 반응한다. 그 후 활성화된 전구체 (증착하려는 물질을 포함한 기체)가 경계층을 통해 확산하여 기판의 막의 표면으로 흡착된다. 흡착된 전구체는 표면으로 결합하며 안전한 곳으로 점점 확산되고, 생성기체를 증착시키고 박막을 형성한다. 마지막으로 반응 부산물을 Pump를 이용해 제거한다. 이러한 과정에서 열분해, 광분해, 환원법, 산화작용, 산화환원반응 등 화학적인 반응이 일어난다. CVD는 먼저 사용되는 활성화 에너지원에 따라 thermally-activated CVD(열CVD), plasma-enhanced CVD(PECVD), photochemical CVD, laser-induced CVD, electron-beam assisted CVD로 분류되고, 그 중에서 PECVD가 가장 많이 사용되고 있다.기판을 단면으로 자르면 우물 모양이 있다. 그 우물의 벽과 바닥에 얼마나 일정하게 입자들이 도포되어있는지 의미하는 것을 박막도포성(Congormality of Step Coverage)이라 한다. PVD와 CVD는 박막도포성이 낮은 한계를 가지고 있다. 이러한 한계를 극복하기 위해 ALD(Atomic Layer Deposition, 원자층 증착법)이라는 새로운 박막 증착법이 등장하였다. ALD는 저온에서 소재와 소재 사이의 화학 반응을 이용하여 표면에 원자층을 층층히 ‘성장(Growth)’시키는 증착 기술이고, 금속과 비금속 어디든지 적용 가능하다. 원하는 두께와 조성을 정밀하게 제어할 수 있을뿐더러, 플라스틱 기판에 대해 우수한 도포성과 낮은 공정온도를 가지고 있어 flexible display의 실용화 가능성에 한 몫을 한다. ALD의 표면에서의 반응2) ALD (Atomic Layer Deposition)의 원리‘전구체(Precursor)공급→여분제거(Purge)→새물질(Reactact)공급→여분제거(Purge)’의 과정 한 싸이클이다. ALD는 오로지 표면에서만 반응하고, 한 번의 싸이클로 1개의 원자층이 형성된다. 1차 소스(전구체)를 프로세스 챔버에 넣으면 먼저 표면에 흡착이 일어나고, 뒤이어 다른 종류의 반응체를 넣으면 1차로 흡착된 물질과 화학적 치환이 일어나서 최종적으로 새로운 막이 생성되는 것이다. 이때 전구체(Purcursor)는 1차적으로 표면과 반응하고 그 후 주입되는 새 물질(Reactant)와 반응한다.각 전구체와 반응물이 주입되기 전 잔여물을 제거하는데, 이 과정에서는 주로 Ar, N이 쓰인다. 사이클을 반복하면 여러개의 원자층이 생성되면서 계획했던 만큼의 두께로 된다. 그러다가 일정 반응이 진행되면 ‘자기 포화 반응’에 의해 더 이상의 증착이 일어나지 않는다. ALD에는 흡착방식을 적용하므로 막 전체가 균질한 격자 조성(정합증착능력)을 갖고, 나노 단단위의 일정한 두께로 코팅이 가능하다는 장점이 있다.3) Reflectometer를 이용한 박막 측정 원리 Reflectometer 개념도Reflectometer(광간섭식 두께측정기)는 입사광과 반사광의 간섭에 의한 파장별 상쇄 및 보강을 측정하여 두께 값을 구해내는 장치이다. 사용법이 비교적 간단하고 빠를뿐더러, 얇은 막에 대한 감도가 좋은 엘립소미터 보다 두꺼운 막 측정에 용이하다.

공학/기술| 2020.12.16| 4페이지| 1,500원| 조회(249)

예비보고서, ALD, 박막 증착법

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직물물성측정 예비보고서

예비보고서실험제목 직물물성측정이론 및 배경1)응력재료가 외부로부터 힘을 받으면 그 크기에 대응하여 재료 내에 저항력이 생기는데 이를 응력(Stress)이라 한다. 응력의 크기는 재료의 어떤 단면의 단위 면적에 작용하는 힘이다. 재료의 크기에 상관없이 재료에 가한 힘의 기준이 되는 것이다.단면적이 A0인 물질에 축 방향의 인장력이 작용하면 축 방향에 수직한 재료의 단면에는 위치와 상관없이 동일한 응력이 발생하는데, 이를 인장응력이라 한다. 재료에 발생한 인장응력이 재료의 항복강도를 넘게 되면 외부로부터 자극을 받을 때마다 그 형상이 변하는 변형인 소성변형이 일어나며, 재료가 견딜 수 있는 인장응력이 재료의 인장강도가 된다.2)UTM(Universal Testing Machine)금속, 플라스틱, 고무, 필름, 제지, 섬유 등 금속?비금속 재료 및 완성된 부품들의 강도를 측정하는 장비로, 재료 및 부품에 인장, 비틀림, 전단(share), 압축 등의 응력(stress)을 가하고 이에 따른 변형률(strain)을 측정함으로써 재료 및 부품에 대한 기계적인 특성을 도출하는 장비이다. UTM은 주로 재료개발을 위한 재료의 특성을 파악하거나, 재료 특성이나 부품강도 등을 데이터로 획득하기 위해 사용된다.UTM은 큰 원통형 모체와 강력한 기구물로 구성 되어 있다. 구성 항목은 위와 같다.구동원은 20000배 이상의 아주 넓은 범위의 회전속도를 제어하는 것이 가능하며 제어 응답성이 훌륭한 AC 서보 모터가 사용된다. 이동 Crosshead에는 하중을 검출 하기 위한 로드셀이 부착 되어 있다. 하중의 검출에 사용하는 로드셀에는 응답성이 우수한 저항식 스트레인 게이지식 로드셀이 사용되며 하중 현상을 정밀하게 측정 한다. UTM의 구조5가지 방식으로 재료를 측정한다.UTM 측정 방법측정방법인장시험압축시험굽힘시험비틀림시험전단시험관련사진UTM의 구성항목번호명칭기능①상부고정CrossHead로드셀을 부착 함으로서 이동 CrossHead상부의 공간 안에서 인장시험이 가능하다②이동CrossHead상하로 이동하며 시험체의 힘을 부여한다③Loadcell가해진 하중 또는 힘에 비례한 출력신호를 발생 시킨다④JAW‘인장시험지그’이다. 시험의 종류에 맞는 각종 시험지그를 사용 한다⑤POWER스위치시험기 전체의 전원 스위치이다⑥비상정치스위치긴급하게 모터부의 전원을 OFF하여 시험을 중단하는 스위치이다⑦MOTOR 스위치시험기 모터부의 전원 스위치이다⑧MOTOR 램프시험기 모터부의 전원 램프이다⑨안전스위치(Stroke Limitter)크로스헤드의 상하한 스트로크 의 리미트 스위치로서 CrossHead가 설정 범위 이상 이동하지 않도록 한다⑩Stopper Arm이동 Cross Head 에 부착되어 Stroke Limitter의 (a)(b)의 손잡이에 닿으면 안전 스위치가 작동하여 모터부의 전원회로가 차단된다3)S-S(Stress-strain) Curve (응력-변형률 곡선)은 응력-변형률 곡선이다. UTM을 통해 측정된 물체에 작용하는 힘에 의해 내부에 생기는 응력과 그에 따른 변형의 관계를 곡선을 이용하여 표시한다.재료의 비례한계, 탄성한계, 항복점, 세기, 신장률 등의 역학성질을 표시하기 위해 사용되며, 공칭응력과 공칭변형률을 사용하여 나타낸다. 응력-변형률 곡선곡선의 x축은 변형률(변형도), 그리고 y축은 응력을 나타낸다.비례한계는 응력-변형률 곡선이 선형적인 응력의 최대한도를 표시한다.탄성한계는 외력을 적용해도 영구적인 변형을 남기지 않고 원상태로 돌아가는 응력의 최대한도를 나타낸다. 비례한계와 탄성 한계 사이 구간의 재료는 여전히 탄력적이며 탄성한계 이하에서 힘을 제거할 경우 그 표본은 원래 모양 그대로 돌아온다. 이 직선의 기울기를 탄성계수라고 부른다. 추가적으로 응력과 변형도가 비례관계를 가지는 영역을 탄성영역이라고 한다.

공학/기술| 2020.12.16| 3페이지| 1,500원| 조회(155)

응력, UTM, S-s curve, 직물물성측정, 응력변형률 곡선

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웨어러블센서제작 예비보고서

예비보고서웨어러블 센서 제작이론 및 배경 capacitor의 구조1) Capacitor축전기(Capacitor, 기호:C)란 전자회로에서 전기를 일시적으로 저장하는 장치이고 단위는 패럿[F]이다. 2개의 도체판이 서로 마주보고 있고 두 개의 판 사이에는 전기가 흐르지 않는 절연체로 구성되어 있다. 두 도체판 사이에 전압을 걸면 그 전압이 전기분극 현상을 통해 교류로 통과하며, 음극에는 (-)전하 그리고 양극에는 (+)전하가 동일한 크기로 발생하며, 전기적인 인력을 가져온다. 이 인력에 의해서 전하들이 모여있게 된다. 축전기는 이러한 원리를 이용하여 전자회로에서 전하를 충전하거나 방전하며 급격한 전압의 상승이나 하락을 억제하는데 도움을 준다. 이 때, 축전기가 전하를 충전할 수 있는 능력을 커패시턴스(Capacitance, 정전용량)이라고 한다.축전기의 작동중성 상태의 축전기대전된 상태의 축전기축전기에 달려있는 연결단자에 전압을 걸어주면 외부에서 전해오는 전압과 전기적인 평형을 유지하기 위해 전하가 이동하게 된다. 왼쪽 도체판에서 전자가 닫힌회로를 타고 오른쪽 도체판으로 연속적으로 이동하면서 도체와 유전체(절연체)의 경계면 가까이에 전자가 축적된다. 외부 전압과의 전위차가 평형을 이루는 상태에는 더 이상 전기가 흐르지 않는다. 흐르는 전류는 공기중으로 방출되며, 축전기는 디지털 신호로 표현하면 1인 완충 상태를 띈다. 이 때 완충이 되지 않았을 경우에는 0으로 표시된다. 만약 회로가 끊어져도 축전기에 저장된 에너지는 일시적으로 유지되고, 그 축전기는 배터리 역할을 하기도 한다.2) Capacitance정전용량(Capacitance)이란 축전기가 전하를 얼마나 축적할 수 있는지에 대한 능력이며, 전압을 주었을 때 축적되는 전하량의 비율을 나타낸다. 기호는 C이고 그 단위는 패럿[F]이다. 전위차가 발생할 경우 전하가 축적되는데 전위차가 클수록 모이는 전하량도 많아진다. 정전용량은 전위를 1V 상승시키는데에 1C(C,쿨롱)의 전하가 필요한 용량이다. 정전용량(C)은 축적되는 전하량(Q)과 전위차(V)와의 관계식 ‘Q=CV’ 으로 나타낼 수 있다. 정전용량이 크다면 축적되는 전하량이 크다. 정전용량은 도체별로 다르다. 도체 별 정전용량 C구도체(도체구)동심구[구 안에 구가 있는 형태]동심원통(동축케이블)평행도선평행판 콘덴서[두 개의 극판 사이에 자유 공간이 있는 형태][두 개의 극판 사이에 유전물질이 있는 형태]양 극판 사이에 자유공간이 있는 형태에서 정전용량의 크기는 판 면적이 크거나 두 판 사이의 거리가 가까울수록 크다. 양 극판 사이에 자유공간이 아닌 유전물질이 있는 경우, 정전용량 크기는 유전물질의 유전상수에 비례한다

공학/기술| 2020.12.16| 3페이지| 1,500원| 조회(109)

축전기, capacitance, Capacitor, 유전율, 정전용량, Permi..

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스마트섬유조제 예비보고서

예비보고서실험제목 스마트섬유제조이론 및 배경1)CNT (Carbon Nano Tube) (a)SWCNT (b)DWCNT (c)MWCNTCNT(탄소 나노 튜브)란 탄소끼리 육각형으로 결합하여 원통형 튜브구조를 이룬 탄소 동소체의 일부로 흑연, 다이아몬드 등의 다른 탄소동소체와 구성성분은 같으나 모양과 성질이 다르다. 1991년 일본전기회사(NEC) 부설 연구소의 이지마 스미오박사가 전기방전법을 사용하여 흑연의 음극상에 형성시킨 탄소응집체를 분석하는 과정에서 발견하였다.형태는 탄소 6개로 이루어진 육각형 모양이며 서로 연결되어 관 모양을 이루고 있다. 관의 지름이 수∼수십 나노미터에 불과하여 탄소 나노 튜브라고 일컬어지게 되었다. 탄소 나노 튜브는 SWCNT라고 불리는 단일벽 탄소 나노 튜브와 MWCNT로 불리는 다중벽 탄소 나노 튜브, 그리고 벽이 2개로 이루어져있는 DWCNT로 구분된다. 단일벽 탄소 나노 튜브가 다발의 형태(다발형 나노튜브, rope nanotube)로 있기도 한다. 흑연 1장(Graphene sheet)이 말리면 CNT(중 (a))가 된다. 탄소 나노 튜브는 6각형 고리로 연결된 탄소들이 긴 대롱 모양을 이룬다. 직경이 수 나노미터로 이루어져있는 튜브모양의 구조를 띈다.탄소 나노 튜브는 고도의 합성기술에 의해 제조된다. 그 방법으로는 전기 방전법, 열분해법, 레이저 증착법, 플라스마 화학 기상 증착법, 열화학 기상 증착법, 전기 분해 방법, Flame 합성 방법 등이 있다. 탄소 나노 튜브의 물성탄소 나노 튜브는 우수한 물성을 가지고 있다. 탁월한 기계적, 전기적 특성, 고효율의 수소저장매체 등 현존하고 있는 물질들 중 결함이 거의 없는 소재이다. 구리보다 열전도율이 1,000배 이상, 다이아몬드의 2배로 높고, 인장 강도도 강철의 100배 이상이다. 또한 탄소 나노 튜브는 열을 잘 방출하기 때문에 구리선과 달리 열에 대한 문제가 적다. 그 뿐만 아니라 탄소 나노 튜브는 강철의 7배나 되는 높은 탄성을 지녀 튜브에 전압을 가하면 튜브가 늘어났다가 전압이 줄어들면 원래 모양으로 돌아온다. 반도체와 평판 디스플레이, 배터리, 초강력 섬유, 생체 센서, 텔레비전 브라운관 등 탄소나노튜브를 이용한 장치가 수없이 개발되고 있으며, 다양한 분야에서 사용되고 있다. 과학 기술의 발전에 따라서 항공우주, 생명공학, 환경에너지, 재료산업, 의약의료, 전자컴퓨터, 보안안전, 과학교육 등 많은 분야로 응용의 범위가 넓혀지고 있다.2)직물가공-Padding/Nipping섬유에 포함되어 있는 불순물을 제거하거나 표백 또는 염색과정을 통해 섬유의 성질을 회복하거나 새로운 성질을 창조하기 위해 직물가공을 한다.패딩(padding)공정이란, 직물의 대량생산, 원가 절감, 균일한 약제 처리를 위해 약제 속에 직물을 담군 후 패더(padder)로 짜는 과정으로, 약제를 균일하게 스며들게 하는 염색가공이다. padding mangle machine패더(padder, padding mangle)란 패딩 통에서 약품에 적셔진 천을 넓은 천 상태로 통과시켜 균일하게 짜내는 장치이다. 패더는 다음 4가지의 역할을 한다.① 가공약제(염료, 조제, 수지 등)를 천에 충분히, 균일하게 침투시키도록 한다.② 섬유집합체 내부의 공기를 제거한다.③ 여분의 가공약제를 회수하며 일정한 패딩비를 유지시킨다.④ 섬유에 포함된 수분을 가능한 많이 제거하여 건조비용을 절감시킨다.패더는 가공액을 담는 욕조(bath)와 액에 담궈진 천을 짜주는 부분으로 구성되어 있다. 2~3개의 롤에 압력을 주어 롤의 아랫 부분에 있는 롤에 철심에 천연 고무나 합성 고무를 입힌 것, 에보나이트, 스테인리스 등을 적절히 조합하여 사용한다. 고무 롤의 지름은 15.2∼50.8㎝ 정도이고 폭은 76.2∼152.4㎝, 고무의 경도는 60∼90도이며 적용되는 천의 종류에 따라 고무 경도는 변경된다. 패딩 공정에서는 천의 전면을 균일하게 많이 짜내는 것이 중요하며 이를 위해서 가공에서는 뉴마틱, 유압식, 컴파운드 레버식 등이 이용되며 롤에 가해지는 압력은 2∼6㎏/㎠ 정도이다. 롤의 압착을 무리하게 늘이거나 줄이면 불량품이 나오게 된다. 압착률이 클 경우 양단의 압력이 중앙 부분보다 커서 균일하지 못한 압착을 하게 되는데 이것을 Listing이라 한다. 반대로 압착을 약하게 할 경우 압착 접점이 커서 섬유상에서 이염 불균일을 일으켜 가공이 균일하지 못하게 된다. 이것을 migration이라 한다. 롤의 경도차와 nip의 조정 불량으로 패딩공정에 오류가 생기기도 한다.

공학/기술| 2020.12.16| 3페이지| 1,500원| 조회(144)

CNT, 탄소 나노 튜브, carbon nano tube, 직물가공, Paddi..

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복굴절 예비보고서

실험제목복굴절이론 및 배경(1) 등방성, 이방성‘등방성’과 ‘이방성’은 서로 관련되지만 상반되는 뜻을 가진 단어이다.이방성 재료는 서로 다른 방향에서 다른 화학적 결합을 이룬다. 반면에 등방성 재료는 모든 방향에서 균일한 화학 결합을 이룬다. 이러한 면에서 등방성 재료는 방향 또는 방식에 독립적이다.(2) 편광편광이란 전자파가 진행할 때, 파를 구성하는 전기장이나 자기장이 특정한 방향으로 진동하는 현상을 말한다. 일반적으로 전자파는 모든 방향으로 진동하는 빛이 혼합되었지만, 특정한 광매질이나 광학필터를 사용하면 편광된 빛을 얻을 수 있다. 편광은 진동방향의 궤적에 따라 선형편광, 원편광, 타원편광의 세 종류로 나눌 수 있다.편광을 생성할 수 있는 방법에는 이색성(dichroism), 반사(reflection), 복굴절(birefringence) 등이 있다. 표로 정리하면 다음과 같다.이색성선택적 흡수 및 통과를 통한 편광의 생성반사편광되지 않은 빛은 편광각을 통한 반사에 의해 부분적, 전체적으로 편광을 생성복굴절매질의 구조가 이방성인 경우에만 나타남입사한 빛의 파장이 같더라도 굴절률이 달라 빛이 갈라지는 현상편광을 생성할 수 있는 방법(3) 복굴절하나의 매질로부터 다른 매질로 진입하는 파동이 과 같이 경계면에서 나가는 방향이 바뀌게 되는데 경계면에서 굴절파가 두 개로 나뉜다.복굴절입사한 빛의 파장이 같더라도 굴절률이 달라 빛이 두 개의 편광으로 나뉘는 현상을 복굴절이라 한다. 굴절된 두 개의 광파는 그 진동방향이 서로 수직을 이룬다.등방성 재료는 빛이 모든 방향에서 일정하게 진동하지만, 비등방성(이방성) 재료에서는 빛이 방향에 따라서 속도나 파장이 다 달라진다. 이방성 재료에서는 빛의 방향에 따라서 굴절률이 달라지게 된다.(4) 이상광선, 정상광선물질에 입사한 빛이 복굴절에 의해 두 종류의 빛으로 나뉘게 된다. 두 빛 중, 속도가 변하지 않고 그대로 직진하는 광선을 정상광선이라 한다. 반대로 복굴절에 의해 나뉜 빛 중에 속도가 변하여 방향이 바뀌는 광선을 이상광선이라 한다. 간단히 나타내면 다음과 같다.

공학/기술| 2020.12.16| 2페이지| 1,500원| 조회(109)

편광, 이방성, 복굴절, 등방성, 이상광선, 복굴절률, 정상광선

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