Surface analysis and antibacterial effect of CuSn thin films

Abstract

고주파 (radio frequency, RF) 마그네트론 다중스퍼터링법을 이용하여 구리에 가해주는RF파워를 다르게 하여 CuSn 박막을 제작하였다. CuSn 박막의 두께는 200±10 nm가 되게 조절하였고, 구리와 주석의 각 증착속도는 구리에 가해주는 RF 파워가 증가함에 따라 상호보완적으로 증가하거나 감소하였다. 제작된 박막들이 주로 청동 구조들로 구성되어 있다는 것을 X-선 회절 분석을 통해 알 수 있었다. 또한 X-선 광전자 분광법을 통해 구리에 가해준 RF 파워가 증가할수록 구리는 산화상태가 증가하고 주석은 Sn0와 Sn4+는 감소하는 반면, Sn2+는 증가하는 추세를 보였다. 극성 표면자유에너지는 비극성 표면자유에너지와 총 표면자유에너지와 다른 경향성을 보였다. 총 표면자유에너지에 기여하는 정도가 극성 표면자유에너지보다 비극성 표면자유에너지가 더 큰 것을 알 수 있었다. 제작된 박막의 원소 비율은 구리와 주석에 가해준 RF 파워에 따라 비례적으로 증가하는 것으로 나타났다. CuSn 박막의 표면은 주석이 지배적인 원소인 경우 둥근 모양으로 성장하였고, 구리의 함량이 높은 경우 기둥 모양으로 성장하였다. 멸균 과정을 거친 박막의 X-선 분석으로부터 Cu20Sn6 합금 구조와 금속형태의 구리, 그리고 산화구리(CuO) 상들이 나타났다. 제작된 박막들의 항균성 실험은 그람 양성균 황색포도상구균과 그람 음성균 대장균을 이용하였다. 접촉 시간과 구리/주석 비율 등 여러 조건을 달리하여 항균성 실험을 시행하였다. 구리와 주석 이온의 비율 그리고 접촉 시간은 항균성 효율에 영향을 미쳤다. 구리 이온의 함량과 접촉 시간이 증가함에 따라 더 높은 항균성 효율을 보였다. 특히, CuSn-165 (CuSn-83 and CT88)에서 가장 높은 효율을 보였다. 항균성 실험 전, 후의 박막의 산화상태 및 화학적 구성은 XPS를 이용하여 연구하였다. 접촉 시간을 고정시키고 박막 별로 변화를 보았을 때, 구리는 구리에 가해준 RF 파워가 증가함에 따라 더 산화된 것을 볼 수 있었고 Sn 3d 피크 세기는 감소한 것을 볼 수 있었다. 박막을 고정시키고 접촉 시간 별로 변화를 보았을 때, 접촉 시간이 증가함에 따라 Cu 2p 피크 세기는 거의 일정한 반면, Sn 3d 피크 세기는 감소하는 것을 볼 수 있었다. 이는, 주석 이온이 균 세포 내에 침투하였기 때문이다.