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미크론급 실리콘 구조막의 피로 기구

전문가 제언: ○ 이 글에서는 초소형 정밀기계 시스템에서 사용되는 미크론급 실리콘 박막의 피로에서 오는 고장을 밝히기 위해 미크론급 실리콘 박막의 피로에 대한 기구를 논의하고 있다. 그러나 밝혀진 피로기구에 대해 이를 억제할 수 있는 기술적 대책도 논의 되어야 할 것이다. 피로기구로서는 첫째 사이클 응력의 유도에 의한 산화가 그 원인이 될 수 있고, 둘째 실리콘 산화 표면층 내에서 습기 등 환경이 유도하는 안정된 균열로부터 오는 지연된 파손 반응층 피로의 기구가 있을 수 있다. 이 피로기구에 대한 방지 내지 완화 대책도 논의되어야 할 것이다. 산화를 방지하기 위해 산화방지제를 표면에 코팅한다든가 습기를 제거하기 위해 기기 주변의 공기로부터 수분을 제거하기 위한 장치도 필요할 것이다.

○ 위의 제언과 관련하여 미크론급 실리콘 박막의 피로 억제를 위한 다음과 같은 연구사례가 있다. 즉 미국의 Pennsylvania State University의 Muhlstein 등은 다결정 실리콘 박막의 노치 뿌리에 1-octadescene SAM(Self-Assembled Monolayer)을 코팅하여 피로에 의한 파괴를 현저하게 억제하였다고 한다. 즉 피로수명을 코팅 전의 109 사이클에서 코팅 후의 1011 사이클로 향상시켰다고 한다. 또 미국 Columbia University의 Zhang 등은 마이크로급 실리콘 박막에 마이크로급 LSP(Laser Shock Peening) 기술을 사용하여 잔류응력을 조정함으로써 피로성능을 증진시켰다고 한다.

○ 이 글에서 미크론급 실리콘 시험장치에서의 피로거동은 마크로급 피로에서는 일어나지 않고, 또한 마크로급 실리콘 시험에서는 피로 균열의 성장은 일어나지 않으며 공기나 물에 의해 일어나는 환경에 의한 균열도 일어나지 않는다고 말하고 있다. 여기서 궁금증이 생긴다. 즉 마크로급 실리콘에서는 피로현상이 왜 안 일어나는가? 이에 대한 기술적 해명이 필요할 것 같다. 또한 마크로급 실리콘과 마이크로급 실리콘에서 피로현상이 일어나는 두께의 경계는 어디에 있는가? 이것의 제시가 필요할 것 같다.

저자: Daan Hein Alsem, Olivier N. Pierron, Eric A. Stach, Christopher L. Muhlstein and Robert O. Ritchie
자료유형: 학술정보