KR20150030366A - 폴리카보네이트의 내마모성 및 자외선에 대한 내후성 향상을 위한 코팅막 증착 방법 및 이 방법에 의한 코팅막이 증착된 폴리카보네이트 - Google Patents

폴리카보네이트의 내마모성 및 자외선에 대한 내후성 향상을 위한 코팅막 증착 방법 및 이 방법에 의한 코팅막이 증착된 폴리카보네이트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폴리카보네이트 소재의 경도가 낮고 마모량이 높으며, 자외선에 의한 열화 및 변색 현상이 발생하는 것을 보완하기 위한 목적으로 고안된 것으로, 폴리카보네이트 표면에 수소화된 실리콘 질화막을 증착하고 그 위에 알루미늄-실리콘-질화막을 증착하여 경도를 증가시키고 마모량을 감소시키며, 자외선 차단 특성 향상을 위한 박막 증착 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
즉, 박막 증착을 위한 증착원으로 사용되고 있는 마그네트론 증착원에 알루미늄, 실리콘 스퍼터링 타겟을 장착하고, 공정시 증착 장치 내에 질소 가스와 수소 가스를 인입하여 폴리카보네이트 기판 표면에 자외선 차단 목적의 수소화된 실리콘 질화막을 증착하고, 그 위에 고경도의 알루미늄-실리콘-질화막을 증착하는 방법으로써, 온도 차이에 의한 균열을 방지하고, 막을 투명하게 증착하여 차량용 유리를 대체하기 위해 폴리카보네이트에 경도 및 내마모성, 자외선 내후성 향상을 구현하고자 하는 것이다.

Description

폴리카보네이트의 내마모성 및 자외선에 대한 내후성 향상을 위한 코팅막 증착 방법 및 이 방법에 의한 코팅막이 증착된 폴리카보네이트{METHOD FOR DEPOSITING COATING FILM FOR IMPROVING WEAR REISTANCE AND WEATHERPROOF OF UV RAYS OF POLYCARBONATE AND THE POLYCARBONATE HAVING DEPOSIT COATING FILM BY THE METHOD}
본 발명의 목적은 경도가 낮고, 마모량이 높으며, 자외선에 의한 열화 및 변색 현상이 발생하는 폴리카보네이트를 보완하기 위한 것으로서, 본 발명은 알루미늄-실리콘-질화막을 증착하여 경도를 증가시키고 마모량을 감소시키며, 수소화된 실리콘 질화막을 증착하여 자외선에 의한 열화 및 변색 현상을 보완하기 위한 박막 증착 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
폴리카보네이트는 내충격도가 높고 무게가 가벼워 자동차 유리 등을 대체하여 사용할 수 있으나, 낮은 경도, 낮은 내마모성, 자외선에 의한 열화 및 변색 현상 등이 문제가 되고 있다. 따라서 경도 및 내마모성의 향상, 자외선에 의한 열화 및 변색 현상 등의 보완을 위해, 그 표면에 투명한 하드 코팅층을 형성하는 것이 필요하다.
이를 위하여, 폴리카보네이트 표면에 점착력이 있는 시트를 부착시켜 코팅층을 형성하는 기술, 딥 코팅(Dip coating) 등과 같은 도장법을 이용하여 폴리카보네이트 표면에 유기물질로 이루어진 코팅층을 형성하는 기술이 많이 활용되고 있다.
그러나 유기물 코팅법에 의해 제조된 코팅층은 경도, 내마모성 등의 개선에 한계가 있다는 점에서 최근 PVD, PECVD와 같은 증착법으로 무기물 코팅층을 형성하는 기술이 연구되고 있다.
특히 하드코팅 막과 폴리카보네이트와의 접합력이 좋지 않아 중간층을 형성하고, 여러 가지 기능을 구현하기 위해 다층막을 PECVD로 형성하는 기술이 사용되고 있다.
[특허문헌 1](미국특허, 2007026235, Glazing system for behicle tops and windows)이 종래기술로서 검색된다. 이 기술은 다른 재료를 코팅한 후 자외선 차단을 위한 막을 습식 공정을 통해 형성시킨 후, PECVD 방법으로 표면에 ~5㎛ 두께의 실리콘 산화막 또는 알루미늄 산화막을 형성하여 내마모성 하드 코팅막을 증착하는 기술이 활용되고 있다.
다른 기술로서, [특허문헌 2](미국특허, 2008083186, Polycarbonate glazing system and method for making the same)이 검색되지만, 이러한 코팅방법은 다층구조를 위해 많은 공정이 필요하여 경제성 확보에 어려움이 있다.
또한 초단파 플라즈마를 이용한 PECVD 증착에 관한 연구도 진행중에 있으나 특성이 좋지 못하다. [비특허문헌 1](Thin Solid Films 502 (2006) 270-274, Hard coatings by plasma CVD on polycarbonate for automotive and optical applications)이 참조된다.
본 발명자들은 상기한 문제점을 인식하고, 본원 발명을 통해, 이중의 얇은 막으로 높은 경도와 내마모성, 자외선 차단 특성을 구현하는 다기능성 박막 증착 기술을 제공하고자 하였다.
따라서 본 발명은 폴리카보네이트 소재가 경도가 낮고, 마모량이 높으며, 자외선에 의한 열화 및 변색 현상이 발생하는 것을 보완하기 위한 목적으로, 폴리카보네이트 표면에 자외선 차단을 위한 수소화된 실리콘 질화막을 증착하고, 그 위에 고경도 투명 알루미늄-실리콘-질화막을 증착하여 경도를 증가시키고, 마모량을 감소시키기 위한 박막 증착 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
일 측면으로서, 본 발명은, 높은 경도, 내마모성 및 자외선 차단 특성을 향상시키기 위해, 일면 또는 양면에 증착된 수소화된 실리콘 질화막(Hydrogenated Silicon Nitride: SiN:H); 및 상기 수소화된 실리콘 질화막 상에 증착된 알루미늄-실리콘-질화막(aluminum silicon nitride)을 포함하는 폴리카보네이트를 제공한다.
상기 수소화된 실리콘 질화막은 자외선 차단 특성을 향상시키고, 상기 알루미늄-실리콘-질화막은 경도 및 내마모성을 향상시킨다.
상기 수소화된 실리콘 질화막은, 실리콘 스퍼터링 타겟을 포함하는 플라즈마 반응성 마그네트론 스퍼터링 박막 증착 장치 내 불활성 가스, 질소 및 수소를 인입시켜 반응성 스퍼터링 방법에 의해, 형성됨을 특징으로 한다.
상기 알루미늄 실리콘 질화막은, 실리콘 스퍼터링 타겟 및 알루미늄 스퍼터링 타겟을 포함하는 플라즈마 반응성 마그네트론 스퍼터링 박막 증착 장치 내 불활성 가스 및 질소를 인입시켜 반응성 스퍼터링 방법에 의해, 형성됨을 특징으로 한다.
상기 증착 장치 내부 압력은 0.5 mTorr 내지 20 mTorr임을 특징으로 한다.
상기 불활성 가스는, 아르곤임을 특징으로 한다.
다른 측면으로서, 본 발명은, 높은 경도, 내마모성 및 자외선 차단 특성을 향상을 위해 폴리카보네이트 표면에 질화물을 증착시키는 방법을 제공한다.
상기 방법은, 플라즈마 반응성 마그네트론 스퍼터링 박막 증착 장치에 폴리카보네이트 기판 또는 실리콘 산화막이 형성되어 있는 폴리카보네이트 기판을 장착하는 단계; 상기 폴리카보네이트 기판에, 실리콘 스퍼터링 타겟으로부터 스퍼터링에 의해 수소화 실리콘 질화막을 증착하는 단계; 및 상기 수소화된 실리콘 질화막 상에, 실리콘 스퍼터링 타겟 및 알루미늄 스퍼터링 타겟으로부터 알루미늄 실리콘 질화막을 증착하는 단계를 포함한다.
상기 수소화된 실리콘 질화막은 자외선 차단 특성을 향상시키고, 상기 알루미늄-실리콘-질화막은 경도 및 내마모성을 향상시킨다.
상기 수소화된 실리콘 질화막 증착은 상기 증착 장치 내에 불활성 가스, 질소 및 수소를 인입시켜 반응성 스퍼터링 방법에 의함을 특징으로 한다.
상기 알루미늄 실리콘 질화막 증착은, 실리콘 스퍼터링 타겟 및 알루미늄 스퍼터링 타겟을 포함하는 플라즈마 반응성 마그네트론 스퍼터링 박막 증착 장치 내 불활성 가스 및 질소를 인입시켜 반응성 스퍼터링 방법에 의함을 특징으로 한다.
상기 증착 장치 내부 압력은 0.5 mTorr 내지 20 mTorr임을 특징으로 한다.
상기 불활성 가스는, 아르곤임을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 폴리카보네이트 기판 표면에 수소화된 실리콘 질화막을 증착하여 자외선 차단 특성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있고, 그 위에 다시 고경도 투명 알루미늄-실리콘-질화막을 증착함으로써 경도 및 내마모성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있게 된다. 이을 통해 폴리카보네이트를 차량의 전면 유리 등으로 사용할 수 있고, 또한 가벼운 천창(Skylight), 건물 및 거실, 공장 등의 채광판, 안전유리, 공공시설의 지붕 및 창, 방음벽, 공중전화박스, 실내칸막이, 실내외 사인보드 등 다양한 분야에서 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 알루미늄-실리콘-질화막과 수소화된 실리콘 질화막의 증착을 위한, 플라즈마 반응성 마그네트론 스퍼터링 박막 증착 장치를 예시한다.
도 2는 본 발명의 실시예1의 실리콘 웨이퍼에 수소화된 실리콘 질화막을 증착한 시료의 경도 측정 결과, 실시예2의 실리콘 웨이퍼에 알루미늄-실리콘-질화막을 증착한 시료의 경도 측정 결과 및 실시예3의 실리콘 웨이퍼에 수소화된 실리콘 질화막을 증착하고 알루미늄-실리콘-질화막을 증착한 시료의 경도 측정 결과를 보여준다.
도 3은 본 발명의 실시예1의 Eagle 2000 유리 기판에 수소화된 실리콘 질화막을 증착한 시료의 광투과율 측정 결과, 실시예2의 Eagle 2000 유리 기판에 알루미늄-실리콘-질화막을 증착한 시료의 광투과율 측정 결과 및 실시예 3의 Eagle 2000 유리 기판에 수소화된 실리콘 질화막을 증착하고 알루미늄-실리콘-질화막을 증착한 시료의 광투과율 측정 결과를 보여준다.
도4a는 폴리카보네이트 기판의 Taber 마모 실험 실시 전과 후의 광투과율 측정 결과이고, 도 4b는 폴리카보네이트 기판에 수소화된 실리콘 질화막을 증착하고 그 위에 알루미늄-실리콘-질화막을 증착한 시료의 Taber 마모 실험 실시 전과 후의 광투과율 측정 결과이다.
1. 증착 장치
도 1은 본 발명의 알루미늄-실리콘-질화막과 수소화된 실리콘 질화막의 증착을 위한, 플라즈마 반응성 마그네트론 스퍼터링 박막 증착 장치(1)를 예시한다. 상기 플라즈마 반응성 마그네트론 스퍼터링 박막 증착 장치(1)는 내부가 진공이며, 진공 내부에 장착된 실리콘 스퍼터링 타겟(4), 상기 실리콘 스퍼터링 타겟(4)에 직류, 펄스직류, 또는 RF 전력을 인가하기 위한 전원장치(2), 진공 내부에 장착된 알루미늄 스퍼터링 타겟(5), 상기 알루미늄 스퍼터링 타겟(5)에 직류, RF 또는 펄스직류 전력을 인가하기 위한 전원장치(3), 진공조 내부에 인입된 가스를 플라즈마화 하기 위한 RF(Radio Frequency) 안테나(7), 상기 안테나(7)에 RF 전력을 공급하는 RF 전력 공급장치(11), 상기 RF 전력 공급장치(11)의 임피던스 매칭을 위한 매칭 시스템(10), 폴리카보네이트 시료(8)를 장착되도록 구성되는 시료 장착대(9), 플라즈마 사용가스 저장부(12), 상기 플라즈마 사용가스 저장부(12)로부터의 가스 유량을 조절하도록 구성되는 가스유량 조절장치(13), 내부 진공도 계측을 위한 진공 게이지(14), 내부 고진공을 유지하기 위한 고진공펌프(15), 및 상기 고진공펌프(15)의 펌프의 가동을 돕는 저진공 펌프(16)를 포함한다.
플라즈마 사용가스 저장부(12)로부터 상기 박막 증착 장치(1) 내부로 가스가 공급되고 상기 안테나(7)에 의해 유도된 전자기장에 의해 상기 플라즈마 사용가스는 플라즈마화된다. 상기 플라즈마화된 가스는 상기 실리콘 스퍼터링 타겟(4) 및 상기 알루미늄 스퍼터링 타겟(5)에 의해 스퍼터링되어, 상기 폴리카보네이트 시료(8) 표면에 증착된다. 도 1에서 참조번호 6은, 스퍼터링 타겟(4, 5)에 의하여 발생된 플라즈마를 나타내고 있다.
2. 수소화된 실리콘 질화막 증착
본 발명에 의한 수소화된 실리콘 질화막 증착의 원리는 다음과 같다.
박막 증착 장치(1) 내부에 위치한 시료 장착대(9)에 시료(8)를 장착한 후, 진공펌프(15)를 이용하여 증착 장치(1) 내부의 진공도를 고진공 영역까지 배기한다.
이후, 플라즈마를 발생시키기 위해 비활성 가스인 아르곤(Ar) 가스를 포함하고 있는 플라즈마 사용가스 저장부(12)로부터 아르곤 가스를 가스유량 조절장치(13)를 통하여 인입시켜 증착 장치(1) 내부의 압력을 0.5 mTorr 내지 20 mTorr의 압력으로 조절한다. 그 이유로는, 0.5 mTorr 이하의 낮은 압력에서는 플라즈마의 발생이 어려운 반면, 20 mTorr 이상의 높은 압력에서는 증착시 플라즈마 밀도가 증가하여 스퍼터링 속도는 증가하나, 스퍼터링된 원자들이 높은 압력에 의해 산란되는 정도도 증가하여 증착속도가 감소하기 때문이다.
상기한 바와 같이 사용 가스 인입 후 증착 장치(1) 내부의 압력이 안정화 되면, 진공조 내부의 RF 안테나(7)에 RF 파워를 인가하여 인입된 가스의 플라즈마를 형성 시킨다. 사용하는 RF 파워는 0 ~ 300 W의 값을 사용하는데, 주로 50 W를 사용하게 된다. RF 파워를 인가하지 않을 경우 질화막이 잘 형성되지 않고, 막이 불투명하게 올라갈 수 있고, RF 파워가 너무 높은 경우에는 시료의 온도가 상승하여 증착된 박막에 균열이 발생할 수 있다.
플라즈마 형성 후, 증착 장치(1) 상단에 부착된 실리콘 스퍼터링 타겟(4)에 전원장치(2)로부터 직류, 펄스직류, 또는 RF 전력을 인가하면, 박막 증착을 위한 플라즈마가 발생하게 된다. 펄스직류 전력의 경우, -300 내지 -600 V의 전압을 인가하여 점유율(duty ratio)는 20, 40, 60, 80%로 하여 증착할 수 있다.
들어가는 전력이 안정화 되면, 수소화된 실리콘 질화막 증착을 위하여 질소(N2) 가스, 수소(H2) 가스를 인입 시킨다. 수소 가스는 6 ~ 9 sccm 정도 인입하는 것이 적당하다. 6 sccm 이하의 경우, 증착되는 막의 자외선 차단 특성을 얻기 어렵고, 9 sccm 이상의 경우 실리콘 스퍼터링 타겟(4)에서 아크가 발생할 수가 있다.
증착원으로부터 스퍼터링되는 물질과 진공조 내부에 인입된 질소, 수소 가스로 인해 진공조 내부의 시료 장착대(9) 위에 위치한 폴리카보네이트 시료(8) 표면에 수소화된 실리콘 질화막이 증착되게 된다.
3. 알루미늄-실리콘-질화막 증착
한편, 알루미늄-실리콘-질화막 증착의 원리는 다음과 같다.
증착 장치(1) 내부에 위치한 시료 장착대(9)에 수소화된 실리콘 질화막이 증착된 폴리카보네이트 시료(8)를 장착한 후, 진공펌프(15)을 이용하여 증착 장치(1) 내부의 진공도를 고진공 영역까지 배기한다.
이후, 플라즈마를 발생시키기 위해 비활성 가스인 아르곤(Ar) 가스(12)를 가스유량 조절장치(13)를 통하여 인입시켜 진공조 내부의 압력을 0.5 mTorr 내지 20 mTorr의 압력으로 조절한다.
사용 가스 인입 후 증착 장치 내부의 압력이 안정화 되면, 증착 장치 내부의 RF 안테나(7)에 RF 파워를 인가하여 인입된 가스의 플라즈마를 형성시킨다. 사용하는 RF 파워는 0 ~ 300 W의 값을 사용하는데, 주로 50 W를 사용하게 된다.
플라즈마 형성 후, 증착 장치 상단에 부착된 마그네트론 증착원에 장착된 실리콘 스퍼터링 타겟(4)과 마그네트론 증착원에 장착된 알루미늄 스퍼터링 타겟(5)에 직류, 펄스직류, 또는 RF 전력을 인가하면, 박막 증착을 위한 플라즈마가 발생하게 된다. 펄스직류 전력의 경우, 300 ~ -600 V의 전압을 인가하여 점유율(duty ratio)는 20, 40, 60, 80%로 하여 증착할 수 있다.
들어가는 전력이 안정화 되면, 알루미늄-실리콘-질화막 증착을 위하여 질소(N2) 가스를 인입 시킨다. 질소 가스는 3 ~ 6 sccm 정도 인입하는 것이 적당하다. 왜냐하면 3 sccm 이하의 경우, 질화막이 투명하지 않게 증착이 될 수 있고, 6 sccm 이상의 경우, 실리콘 및 알루미늄 스퍼터링 타겟(4, 5)의 스퍼터링 속도보다 질화 속도가 빨라 증착 속도가 현저하게 낮아질 수 있기 때문이다.
증착원으로부터 스퍼터링 되는 물질과 증착 장치 내부에 인입된 질소 가스로 인해 증착 장치 내부 시료 장착대(9) 위에 위치한 폴리카보네이트 시료(8) 최상층에 알루미늄-실리콘-질화막이 증착되게 된다.
아래 실시예들을 통해, 상기한 방법에 따라 질화막이 증착되고 우수한 효과가 있음을 확인하였다.
본 발명에서 명시한 방법에 따라 증착 장치에 Eagle 2000 유리 기판과 실리콘 웨이퍼를 넣고, 증착 장치 내부를 10-6 Torr까지 배기한 후, 아르곤(Ar) 가스 8 sccm을 인입하고, 진공펌프 개구율을 조절하여 5 mTorr로 공정 압력을 조정한 후, RF 안테나에 50 W 전력을 공급하여 증착 장치 내부에 플라즈마가 형성되도록 하였다. 이후 실리콘 증착원이 장착된 마그네트론 스퍼터링 장치에 펄스직류 전력을 공급하여 490 V, 0.41 A, 점유율 80%의 전력를 인가하고, 질소(N2) 가스 2 sccm, 수소(H2) 가스 8 sccm을 인입하여, 21 분간 수소화된 실리콘 질화막을 증착하여 1350Å의 막을 형성하였으며, 누프 경도 측정을 위한 시료는 58 분간 3700Å의 박막을 증착하였다.
3700Å 두께의 수소화된 실리콘 질화막에 대한 10 g 하중의 누프 경도 시험 6회 측정 결과, 도 2에서 보는 바와 같이 17 GPa을 나타내었다. 또한, 도 3에서 보는 바와 같이, 1350Å의 막을 증착한 시료의 가시광 영역인 400 nm ~ 700 nm 범위에서의 광투과율은 79%로 측정되었으며, 300 nm의 자외선 파장에서의 광투과율이 3%로, 자외선 차단 효과를 확인할 수 있었다.
증착 장치에 Eagle 2000 유리 기판과 실리콘 웨이퍼를 넣고, 증착 장치 내부를 10-6 Torr까지 배기한 후, 아르곤(Ar) 가스 8 sccm을 인입하고, 진공펌프 개구율을 조절하여 3 mTorr로 공정 압력을 조정한 후, RF 안테나에 50 W 전력을 공급하여 증착 장치 내부에 플라즈마가 형성되도록 하였다. 이후 실리콘 증착원이 장착된 마그네트론 스퍼터링 장치에 406 V, 0.26 A, 점유율 80%의 펄스직류 전력을 인가하였고, 알루미늄 금속 증착원이 장착된 마그네트론 스퍼터링 장치에는 331 V, 1.43 A, 점유율 60%의 펄스직류 전력을 인가하고, 질소(N2) 가스 5 sccm 인입하여 질화막이 형성되도록 하여, 60 분간 알루미늄-실리콘-질화막을 증착하여 4000Å의 막을 형성하였다.
도 2와 도 3에서 보는 바와 같이, 10 g 하중의 누프경도 시험 6회 측정 평균 값으로 31 GPa을 나타내었고, 가시광 영역인 400 nm ~ 700 nm 범위에서 86%의 광투과율을 확인하였다.
증착 장치에 Eagle 2000 유리 기판과 실리콘 웨이퍼를 넣고, 증착 장치 내부를 10-6 Torr까지 배기한 후, 아르곤(Ar) 가스 8 sccm을 인입하고, 진공펌프 개구율을 조절하여 5 mTorr로 공정 압력을 조정한 후, RF 안테나에 50 W 전력을 공급하여 증착 장치 내부에 플라즈마가 형성되도록 하였다. 이후 실리콘 증착원이 장착된 마그네트론 스퍼터링 장치에 펄스직류 전력을 공급하여 490 V, 0.41 A, 점유율 80%의 전력를 인가하고, 질소(N2) 가스 2 sccm, 수소(H2) 가스 8 sccm을 인입하여 질화막이 형성되도록 하여, 21분간 수소화된 실리콘 질화막을 증착하여 1350Å의 막을 형성하였다.
수소화된 실리콘 질화막 위에 알루미늄-실리콘-질화막 증착을 위하여, 진공펌프 개구율을 조절하여 3 mTorr로 공정 압력을 조정한 후, 실리콘 증착원이 장착된 마그네트론 스퍼터링 장치에 406 V, 0.26 A, 점유율 80%의 펄스직류 전력을 인가하였고, 알루미늄 금속 증착원이 장착된 마그네트론 스퍼터링 장치에는 331 V, 1.43 A, 점유율 60%의 펄스직류 전력을 인가하고, 질소(N2) 가스 5 sccm 인입하여 질화막이 형성되도록 하여, 60분간 알루미늄-실리콘-질화막을 증착하여 4000Å의 막을 형성하였다.
도 2와 도 3에서 보는 바와 같이, 10 g 하중의 누프 경도 시험 6회 측정 평균 값으로 29 GPa을 나타내었고, 가시광 영역인 400 nm ~ 700 nm 범위에서 78%의 광투과율을 확인하였으며, 300 nm 자외선 파장에서는 광투과율이 3%로 측정되었다. 이와 같은 방법으로 높은 가시광 투과율, 자외선 차단 효과를 지닌 고경도의 2층 박막을 형성할 수 있음을 확인하였다.
증착 장치에 폴리카보네이트 시료를 장착하고, 증착 장치 내부를 10-6 Torr까지 배기한 후, 아르곤(Ar) 가스 8 sccm을 인입하고, 진공펌프 개구율을 조절하여 5 mTorr로 공정 압력을 조정한 후, RF 안테나에 50 W 전력을 공급하여 증착 장치 내부에 플라즈마가 형성되도록 하였다. 이후 실리콘 증착원이 장착된 마그네트론 스퍼터링 장치에 490 V, 0.41 A, 점유율 80%의 펄스직류 전력를 인가하고, 질소(N2) 가스 2 sccm, 수소(H2) 가스 8 sccm을 인입하여 질화막이 형성되도록 하여, 21분간 수소화된 실리콘 질화막을 증착하여 1350Å의 막을 형성하였다.
뒤이어 진공펌프 개구율을 조절하여 3 mTorr로 공정 압력을 조정한 후, 실리콘 증착원이 장착된 마그네트론 스퍼터링 장치에 406 V, 0.26 A, 점유율 80%의 펄스직류 전력을, 알루미늄 금속 증착원이 장착된 마그네트론 스퍼터링 장치에는 331 V, 1.43 A, 점유율 60%의 펄스직류 전력을 인가하고, 질소(N2) 가스 5 sccm 인입하여 질화막이 형성되도록 하여, 60분간 알루미늄-실리콘-질화막을 증착하여 4000Å의 막을 형성하였다.
Taber 마모 실험을 수행할 수 있도록 개조한 Pin-on-disk 마모 실험 장치를 이용하여, 하중은 43 g으로 하여 폴리카보네이트 최상층에 수소화된 실리콘 질화막과, 알루미늄-실리콘-질화막의 2층막이 증착된 시료를 하부 회전축을 중심으로 100 RPM의 속도로 회전시켜 2000회 회전하는 Taber 마모 실험을 진행하였다. Taber 마모 실험 이후 광투과율을 측정하였다.
도 4a를 통해 확인할 수 있듯이, 증착막이 증착되지 않은 폴리카보네이트 시료의 경우, Taber 마모 실험을 수행하기 전에는 400 nm ~ 700 nm 파장 범위에서 광투과율 87%를 나타내었으나, Taber 마모 실험을 수행한 후에는 낮은 경도로 인한 스크래치 발생으로 광투과율이 42%로 감소하였다.
반면, 도면 4b에서 알 수 있듯이, 폴리카보네이트 최상층에 수소화된 실리콘 질화막과, 알루미늄-실리콘-질화막의 2층막이 증착된 시료의 경우, Taber 마모 실험을 수행하기 전 400 nm ~ 700 nm 파장 범위에서의 광투과율은 75%로 측정되었으며, Taber 마모 실험 이후에도 광투과율은 72%로 유지함을 확인할 수 있었다.
1: 플라즈마 반응성 마그네트론 스퍼터링 박막 증착 장치
2, 3: 전원장치
4: 실리콘 스퍼터링 타겟
5: 알루미늄 스퍼터링 타겟
6: 스퍼터링 타겟에 의하여 발생된 플라즈마
7: RF(Radio Frequency) 안테나
8: 폴리카보네이트 시료
9: 시료 장착대
10: 매칭 시스템
11: RF 전력 공급장치
12: 플라즈마 사용가스 저장부
13: 가스유량 조절장치
14: 진공 게이지
15: 고진공펌프
16: 저진공 펌프

Claims (16)

  1. 일면 또는 양면에 증착된 수소화된 실리콘 질화막(Hydrogenated Silicon Nitride); 및
    상기 수소화된 실리콘 질화막 상에 증착된 알루미늄-실리콘-질화막(aluminum silicon nitride)을 포함하는 폴리카보네이트.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 수소화된 실리콘 질화막은 자외선 차단 특성을 향상시키고,
    상기 알루미늄-실리콘-질화막은 경도 및 내마모성을 향상시키는,
    폴리카보네이트.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 수소화된 실리콘 질화막은, 실리콘 스퍼터링 타겟을 포함하는 플라즈마 반응성 마그네트론 스퍼터링 박막 증착 장치 내 불활성 가스, 질소 및 수소를 인입시켜 반응성 스퍼터링 방법에 의해, 형성됨을 특징으로 하는,
    폴리카보네이트.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 반응성 스퍼터링 방법은,
    플라즈마 반응성 마그네트론 스퍼터링 박막 증착 장치 내에서 불활성 가스, 수소 및 질소 가스의 플라즈마를 형성하는 단계;
    상기 가스의 플라즈마가 실리콘 스퍼터링 타겟과 충돌하는 스퍼터링 단계; 및;
    스포터링으로 인하여 폴리카보네이트 표면에 수소화된 실리콘 질화막이 증착되는 단계를 포함함을 특징으로 하는,
    폴리카보네이트.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 알루미늄 실리콘 질화막은, 실리콘 스퍼터링 타겟 및 알루미늄 스퍼터링 타겟을 포함하는 플라즈마 반응성 마그네트론 스퍼터링 박막 증착 장치 내 불활성 가스 및 질소를 인입시켜 반응성 스퍼터링 방법에 의해, 형성됨을 특징으로 하는,
    폴리카보네이트.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 반응성 스퍼터링 방법은,
    플라즈마 반응성 마그네트론 스퍼터링 박막 증착 장치 내에서 불활성 가스와 질소 가스의 플라즈마를 형성하는 단계;
    상기 가스의 플라즈마가 실리콘 스퍼터링 타겟 및 알루미늄 스퍼터링 타겟과 충돌하는 스퍼터링 단계; 및
    스퍼터링으로 인하여 수소화된 실리콘 질화막이 증착된 폴리카보네이트 표면에 알루미늄 실리콘 질화막이 증착되는 단계를 포함함을 특징으로 하는,
    폴리카보네이트.
  7. 제 3항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 증착 장치 내부 압력은 0.5 mTorr 내지 20 mTorr임을 특징으로 하는,
    폴리카보네이트.
  8. 제 3항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 불활성 가스는, 아르곤임을 특징으로 하는,
    폴리카보네이트.
  9. 플라즈마 반응성 마그네트론 스퍼터링 박막 증착 장치에 폴리카보네이트 기판 또는 실리콘 산화막이 형성되어 있는 폴리카보네이트 기판을 장착하는 단계;
    상기 폴리카보네이트 기판에, 실리콘 스퍼터링 타겟으로부터 스퍼터링에 의해 수소화 실리콘 질화막을 증착하는 단계; 및
    상기 수소화된 실리콘 질화막 상에, 실리콘 스퍼터링 타겟 및 알루미늄 스퍼터링 타겟으로부터 알루미늄 실리콘 질화막을 증착하는 단계를 포함하는,
    폴리카보네이트의 자외선 차단 특성 및 내마모성을 향상시키는 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 수소화된 실리콘 질화막은 자외선 차단 특성을 향상시키고,
    상기 알루미늄-실리콘-질화막은 경도 및 내마모성을 향상시키는,
    폴리카보네이트의 자외선 차단 특성 및 내마모성을 향상시키는 방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 수소화된 실리콘 질화막 증착은 상기 증착 장치 내에 불활성 가스, 질소 및 수소를 인입시켜 반응성 스퍼터링 방법에 의함을 특징으로 하는,
    폴리카보네이트의 자외선 차단 특성 및 내마모성을 향상시키는 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 반응성 스퍼터링 방법은,
    플라즈마 반응성 마그네트론 스퍼터링 박막 증착 장치 내에서 불활성 가스, 수소 및 질소의 플라즈마를 형성하는 단계;
    상기 가스의 플라즈마가 실리콘 스퍼터링 타겟과 충돌하는 스퍼터링 단계; 및
    스퍼터링으로 인하여 폴리카보네이트 표면에 수소화된 실리콘 질화막이 증착되는 단계를 포함함을 특징으로 하는,
    폴리카보네이트의 자외선 차단 특성 및 내마모성을 향상시키는 방법.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 알루미늄 실리콘 질화막 증착은, 실리콘 스퍼터링 타겟 및 알루미늄 스퍼터링 타겟을 포함하는 플라즈마 반응성 마그네트론 스퍼터링 박막 증착 장치 내 불활성 가스 및 질소를 인입시켜 반응성 스퍼터링 방법에 의함을 특징으로 하는,
    폴리카보네이트의 자외선 차단 특성 및 내마모성을 향상시키는 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 반응성 스퍼터링 방법은,
    플라즈마 반응성 마그네트론 스퍼터링 박막 증착 장치 내에서 불활성 가스와 질소 가스의 플라즈마를 형성하는 단계;
    상기 가스의 플라즈마가 실리콘 스퍼터링 타겟 및 알루미늄 스퍼터링 타겟과 충돌하는 스퍼터링 단계; 및
    스퍼터링으로 인하여 수소화된 실리콘 질화막이 증착된 폴리카보네이트 표면에 알루미늄 실리콘 질화막이 증착되는 단계를 포함함을 특징으로 하는,
    폴리카보네이트의 자외선 차단 특성 및 내마모성을 향상시키는 방법.
  15. 제 12항 또는 제 14항에 있어서,
    상기 증착 장치 내부 압력은 0.5 mTorr 내지 20 mTorr임을 특징으로 하는,
    폴리카보네이트의 자외선 차단 특성 및 내마모성을 향상시키는 방법.
  16. 제 12항 또는 제 14항에 있어서,
    상기 불활성 가스는, 아르곤임을 특징으로 하는,
    폴리카보네이트의 자외선 차단 특성 및 내마모성을 향상시키는 방법.
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