2.1 실험재료

실험대상 BDD 전극은 니오븀을 기판으로 하고, HFCVD 로 제조한 BDD 전극을 사용하였다. BDD 박막을 성막 하기 위하여 탄소원 가스로서 메탄(CH₄, 99.995 %, 대 성산업가스주식회사)을 사용하였으며, 붕소원 가스로서 TMB(trimethylboron, 0.1 % C₃H₉B in H₂, Air Liquide Advanced Materials, USA)를 사용하였고, 운반가스로서 수소(H₂, 99.999 %, 대성산업가스주식회사)를 사용하였다. 아르곤 가스의 추가 인입이 BDD 전극의 특성에 미치 는 효과를 평가하기 위하여 아르곤(Ar, 99.999 %, 대성 산업가스주식회사)을 추가적으로 인입하고, 메탄에 대한 아르곤의 혼입비율을 달리한 전극을 제조하였다.

2.2 실험방법

아르곤의 추가 인입과 BDD 전극의 특성과의 상관관 계를 평가하기 위하여 니오븀(Nb, RNDKOREA) 기판을 준비하고, #150 알루미나 미디어(동광연마, brown aluminum oxide, 입도 75~106 μm)로 샌딩(sanding)처리한 후 초음파법에 의한 핵입히기(seeding)를 실시하여 BDD 전극 제조를 위한 기판을 준비하였다. 이렇게 준비된 기 판을 사용하여 수소(H₂)와 메탄(CH₄) 및 TMB의 혼입비 율을 94.5vol.%, 1.6vol.%, 3.9vol.%로 고정한 상태에서 메탄에 대한 아르곤의 혼입비율(Ar/CH₄ ratio)을 달리한 혼합가스를 반응용기에 투입하되, 기판온도 900 °C, 성막 시간 10h, 작업진공도 50torr 등 기타 공정변수는 모두 동일한 조건으로 BDD 전극을 제조하였다. 메탄에 대한 아르곤의 혼입비율(Ar/CH₄ ratio)을 0, 1, 2, 4로 달리한 4종류의 BDD 전극에 대하여 주사전자현미경(SEM, scanning electron microscope, JSM-6010PLUS_LA, JEOL, Japan)과 X-선 회절분석기(XRD, X-ray diffractometer, SmartLab, Rigaku, Japan)를 이용하여 분석하였다. 전극 의 전기화학적 특성을 평가하기 위하여 potentiostat/ galvanostat system(Zive SP2, 원아테크)을 이용하여 순 환전압전류(CV, cyclic voltammetry) 테스트를 실시하였 으며, 이때 CV 테스트는 다음과 같은 조건에서 실시하 였다.

또한, 총유기탄소(TOC, total organic carbon)의 제거능 력을 평가하기 위하여 총유기탄소분석기(total organic carbon analyzer, TOC-LCPH, SHIMADZU, Japan)를 이 용하여 총유기탄소를 측정하였다.

3.1 BDD 박막의 미세구조 분석 결과

아르곤의 추가 인입이 BDD 전극의 특성에 미치는 효 과를 평가하기 위하여 메탄에 대한 아르곤의 혼입비율 (Ar/CH₄ ratio)을 0, 1, 2, 4, 5, 6으로 달리하여 BDD 전극을 제작하였다. 메탄에 대한 아르곤의 혼입비율을 제 외한 모든 공정은 동일한 조건으로 하였다. 다만, 메탄 에 대한 아르곤의 혼입비율(Ar/CH₄ ratio)이 5인 BDD 전극과 6인 BDD 전극은 비정질 탄소박막이 폭넓게 형 성되고, 밀착력도 크게 떨어지는 것이 관찰되어 이 두 가지 시편에 대한 분석 및 평가는 실시하지 않았다.

Fig. 1은 메탄에 대한 아르곤의 혼입비율을 달리한 BDD 전극의 SEM 이미지이다. Fig. 2의 XRD patterns 으로부터 Scherrer equation을 이용하여 결정의 크기를 추산한 결과 아르곤의 혼입비율이 0인 경우 결정의 평 균 크기는 143 nm, 1인 경우는 107 nm, 2인 경우는 95 nm, 4인 경우는 86 nm로서 아르곤의 혼입비율이 높아질 수록 다이아몬드 결정의 크기가 작아지는 것으로 관찰 되었다. 이와 같은 결과는 선행연구 결과와 일치하는 것 이다. Lin 등의 선행연구에 따르면 수소의 인입량을 15 sccm(standard cubic centimeter per minute), 메탄의 인 입량을 1.5sccm으로 고정한 채 아르곤의 인입량을 70, 75, 80, 85, 100sccm으로 변경해 가며 MWCVD(microwave chemical vapor deposition) 방법으로 다이아몬드 박막을 성막한 실험에서 아르곤 가스의 인입량이 증가 할수록 다이아몬드 결정의 크기가 작아지며 100sccm에 서는 마이크로 사이즈의 다이아몬드 결정이 사라지고 모 두 나노 사이즈의 결정만 존재하나 다이아몬드상(diamond phase) 박막의 비율은 감소한다고 보고하였다.7) Zhang 등 은 수소, 메탄, 아르곤 등 혼입가스의 총량을 152sccm 으로 하면서 메탄의 인입량은 2sccm으로 고정한 채 아 르곤과 수소의 인입량을 조절하여 아르곤의 혼입비율이 30, 65, 85vol.%가 되도록 한 후 HFCVD 방법으로 다 이아몬드 박막을 증착한 실험에서 아르곤의 혼입비율이 30vol.%인 경우에는 다이아몬드 결정의 크기가 평균 100 nm 수준, 65vol.%인 경우에는 수십 nm 수준, 그리고 85vol.%인 경우에는 10 nm 수준이라고 보고하였다.8) Benzhour 등은 탄소 공급가스로서 프로판(C₃H₈)과 부탄 (C₄H₁₀)의 혼합가스를 사용하면서 탄소 공급가스의 인입 량을 6sccm, 수소의 인입량을 400sccm으로 고정한 채 아르곤의 인입량을 100, 200, 300, 400sccm으로 변경해 가면서 HFCVD 방법으로 다이아몬드 박막을 성막하였 을 때 아르곤의 인입량이 100, 200sccm인 경우 아르곤 의 인입량이 증가할수록 다이아몬드 결정의 크기가 작 아지며, 아르곤의 인입량이 더 증가하는 경우에는 형태 (morphology)가 대폭적으로 변화되어 흑연이나 비정질 탄 소박막이 형성된다고 보고하였다.⁹⁾

Fig. 1

SEM images of BDD electrode surfaces deposited with different ratios of Ar/CH₄ ; (a) 0, (b) 1, (c) 2 and (d) 4.

Fig. 2

X-ray diffraction patterns of the BDD films growing in different argon concentrations; (a) Ar/CH₄ ratio = 0, (b) Ar/CH₄ ratio = 1, (c) Ar/CH₄ ratio = 2 and (d) Ar/CH₄ ratio = 4.

본 연구와 선행연구들을 비교하여 볼 때 아르곤의 혼 입비율이 증가함에 따라 다이아몬드 결정의 크기가 작 아진다는 경향이 있다는 점에서는 동일하나, 다이아몬드 상 박막과 비다이아몬드상(non-diamond phase) 박막의 형성에 있어서는 다소 차이가 있다. 본 연구에서는 선 행연구들과 달리 수소의 혼입비율이 총 인입가스의 86.4 vol.%에서 94.5vol.%로서 상대적으로 높은 혼입비율을 차 지하고 있고, 아르곤의 혼입비율은 총 인입가스의 0vol.% 에서 8.6vol.%로서 아르곤의 혼입비율 측면에서 선행연 구들과 비교하여 낮은 혼입비율이다. 아르곤 혼입비율이 0, 1(총 투입가스의 1.6vol.%), 2(총 투입가스의 3.1vol.%), 4(총 투입가스의 5.9vol.%)인 경우에는 선행연구들과 마 찬가지로 아르곤의 혼입비율이 증가할수록 다이아몬드 결 정의 크기가 작아지는 경향은 동일하나 아르곤 혼입비 율(Ar/CH₄ ratio)이 5(총 투입가스의 7.3vol.%)와 6(총 투입가스의 8.6vol.%)인 경우에는 그을음과 같은 형태의 비정질 탄소가 폭넓게 증착되고, 박막의 밀착력도 크게 나빠진 것을 확인할 수 있었다. 이와 같은 차이는 선행 연구들은 전도성 다이아몬드 박막을 성막한 것이 아니 고 다이아몬드 박막을 형성한 실험이며, 본 연구는 붕 소를 도핑한 전도성 다이아몬드 박막을 형성한 실험이 라는 차이와 아르곤의 혼입비율이 상대적으로 낮다는 점 에 기인하는 것으로 판단된다. 붕소가 도핑된 다이아몬 드 박막의 성막공정에서는 메탄 등 탄소 공급가스의 혼 입비율은 다이아몬드 결정의 크기 및 박막의 품질에 영 향을 미치며,^6,10) 붕소의 혼입비율이 높아질수록 다이아 몬드 결정의 크기가 작아지는데,^4,11-14) 이러한 요인과 아 르곤의 추가인입이라는 요인이 복합적으로 작용하여 일 어난 결과라고 판단된다.

아르곤을 추가적으로 인입하고, 그 인입량에 따라 다 이아몬드 결정의 크기를 작게 하는 효과와 비다이아몬 드상 박막이 증가하기도 하는 이유는 아르곤이 큰 사이 즈의 다이아몬드 결정의 성장을 방해하면서 활성탄소에 의한 작은 사이즈의 다이아몬드 결정의 2차 핵생성에 기 여하고, 수소에 의한 비다이아몬드상 박막의 에칭(etching) 효과에 변화가 발생한 때문인 것으로 판단된다. 일반적 으로 HFCVD 방법으로 수소와 메탄 그리고 붕소를 혼 입하여 BDD 박막을 성막함에 있어서는 수소의 혼입비 율이 매우 높으며, 이러한 분위기에서는 활성탄소가 박 막의 성장 및 핵형성에 주도적인 역할을 하고, 수소원 자는 비다이아몬드상 박막을 에칭하여 다이아몬드상 박 막의 성막 비율을 높여준다. 그런데 여기에 아르곤을 추 가적으로 인입하면 반응 용기내 탄소, 수소, 붕소 및 아 르곤의 혼입비율이 달라져 활성탄소의 특성에 차이가 발 생하고, 수소원자의 에너지에 영향을 미침으로써 활성탄 소에 의한 다이아몬드 결정의 2차 핵생성과 수소원자에 의한 비다이아몬드상 박막의 에칭 효과에 변화가 발생 하는 것으로 판단된다.

다이아몬드 결정의 크기는 공정 진공도 및 기판의 온 도 등에도 영향을 받지만⁵⁾ 인입가스의 측면만 살펴보면 아르곤 이외에도 메탄이나 붕소의 인입량도 다이아몬드 결정의 크기에 영향을 미친다. 메탄의 경우 메탄의 혼 입비율이 높을수록 다이아몬드 결정의 크기는 작아지나 메탄의 혼입비율이 2vol.%이상인 경우에는 비다이아몬드 상 박막의 성막비율이 크게 높아진다.⁶⁾ 붕소 역시 혼입 비율이 높을수록 다이아몬드 결정의 크기는 작아지나 붕 소의 혼입비율이 너무 높게 되면 다이아몬드 결정의 성 장을 방해하고, 응력이 커지는 단점이 있으며,¹²⁾ 비다이 아몬드상 탄소박막의 성막비율이 커지게 된다.¹⁴⁾ 다이아 몬드 결정의 크기가 작아지면 보다 더 치밀한 박막을 얻 을 수 있고, 그 결과 박막의 수명이나 전기화학적 특성 이 향상되는 것이 일반적이다. 그러나 선행연구 및 본 연구에서 보듯이 인입가스의 종류 및 인입가스간의 혼 입비율에 따라 비다이아몬드상 박막의 성막비율이 증가 하는 등의 문제점이 있으며, 전기화학적 특성이 나빠지 는 결과를 초래할 수도 있다.

3.2 BDD 박막의 상(phase)분석 결과

다이아몬드 박막의 경우 XRD 패턴은 피크강도의 차 이만 있을 뿐 모두 유사한 양상을 보인다. Fig. 2는 메 탄에 대한 아르곤의 혼입비율(Ar/CH₄ ratio)을 달리한 BDD 전극의 XRD 이미지이다. Fig. 2에서 보듯이 모든 BDD 전극에서 (111), (220), (311)면이 관찰되었으며, (111)면이 (220)면이나 (311)면에 비해 월등히 강도가 크 다. 이와 같은 결과는 다이아몬드 결정의 성장이 (111) 면에서 지배적으로 일어났다는 것을 의미하는 것으로서 이는 선행연구와 일치하는 것이다. 다만, (111)면, (220) 면, (311)면간의 상대적인 강도에 있어서는 다소간 차이 가 있다. Lin 등의 선행연구에서는 (220) 면의 피크가 관 찰되지 않거나 (220)면의 강도가 (111)면의 강도보다 크 게 관찰되는 시편이 존재하였다.7) Zhang 등의 선행연구 에서는 (220)면의 피크가 관찰되지 않은 시편이 존재하였 고, (311)면의 피크는 모든 시편에서 관찰되지 않았다.8) 선행연구자들은 이와 같은 결과가 (100) 단결정 실리콘 을 기판으로 사용한 것에 원인이 있는 것으로 보고하고 있다.

반면에 본 연구에서는 아르곤의 혼입비율에 따라 (111), (220), (311)면의 상대적인 강도의 차이는 발생했으나, (111)면의 강도가 월등히 크게 관찰되었다. 본 연구와 선 행연구와의 가장 큰 차이점은 전체 인입가스 중에서 수 소의 혼입비율이라고 볼 수 있다. 선행연구들은 아르곤 의 혼입비율이 전체 인입가스의 81~86vol.%이거나,⁷⁾ 30, 65, 85vol.%인⁸⁾ 반면 본 연구에서는 아르곤의 혼입비율 이 1.6~5.9vol.%로서 크게 차이가 난다. 물론 선행연구 에서는 기판으로 실리콘을 사용하였고, 본 연구에서는 니 오븀을 기판으로 사용한 것으로 인해 차이가 발생할 수 도 있겠으나, 아르곤의 혼입비율에 더 큰 영향을 받는 것으로 판단된다. 선행연구에 있어서도 상대적으로 낮은 농도의 아르곤이 혼입된 시편에서는 (111)면의 강도가 가 장 크게 관찰되었다는 점에 비추어볼 때 실리콘을 기판 으로 사용한 영향보다는 아르곤의 혼입비율이 더 큰 영 향을 미쳤다고 추정된다. 이는 아르곤이 추가로 인입되 면서 메탄으로부터 발생된 활성탄소나 수소원자의 에너 지에 영향을 미침으로써 다이아몬드 결정의 크기나 성 장속도 그리고 결정의 성장방향에 영향을 미친 것으로 판단된다.

기본적으로 다이아몬드 박막의 성장은 탄소에 의해 이 루어지고, 수소는 비다이아몬드상 박막을 에칭하여 다이 아몬드상 박막의 형성비율을 높여주는 역할을 한다. 이 러한 기본적인 반응과정에 아르곤이 추가적으로 인입되 면 다이아몬드 박막의 성장속도가 비례적으로 향상되는 데,^9,15) Tallaire 등은 아르곤을 인입하지 않았을 때 5.5 μm/h인 박막의 성장속도가 아르곤의 혼입비율이 40 %일 때에는 11 μm/h로 크게 향상된다고 보고하였다.¹⁵⁾ 반면 에 아르곤 농도가 너무 높으면 비다이아몬드상 박막을 에칭하여 제거할 수 있는 수소원자가 부족하여 비다이 아몬드상 박막의 형성비율이 높아지게 된다.⁹⁾

한편 Fig. 2에 나타난 아르곤 혼입비율에 따른 XRD 패턴을 보면 아르곤을 인입하지 않은 시편 (a)의 (220) 면의 피크는 (111)면 피크의 14.3 % 수준이고, (311)면 의 피크는 5.3 % 수준이었으며, 아르곤 혼입비율이 1인 시편 (b)는 각각 12.5 % 및 4.9 %, 아르곤 혼입비율이 2 인 시편 (c)는 각각 11.9 % 및 4.6 %, 아르곤 혼입비율이 4인 시편 (d)는 각각 14.6 % 및 6.1 %로 나타났다. 즉, 아르곤의 혼입비율이 2에 이르기까지는 아르곤의 혼입비 율이 커질수록 (111)면 피크의 강도가 더 세어지고, 아 르곤의 혼입비율이 4이상인 경우에는 (111)면 피크의 강 도가 점차 약해지는 경향이 확인되었다. 이와 같은 결 과는 아르곤의 추가적인 인입이 반응용기 내에서 메탄 과 수소의 거동에 미치는 영향을 고찰함으로써 설명될 수 있다. 다이아몬드 박막의 성막공정에 아르곤이 추가 적으로 인입되면 기판 표면에 활성탄소의 농도를 향상 시키는 역할을 하는 긍정적인 측면과 수소원자의 에너 지 저하 및 농도 저하로 인한 비다이아몬드 박막의 성 막비율이 향상된다는 부정적인 측면이 동시에 발생하게 된다. 따라서 이들 혼합가스들간의 혼입비율에 따라 다 이아몬드 결정의 크기, 성장속도, 비다이아몬드상 박막의 형성비율, 성장된 박막의 형태학적 특징이 달라지게 된 다. 게다가 붕소가 혼입되는 BDD 박막의 성막공정에서 는 붕소의 혼입비율에 따라 좀더 복잡한 양상을 띠게 된 다. 본 연구에서는 수소, 메탄, TMB의 혼합가스를 인입 하여 HFCVD 방법으로 BDD 전극을 제조하는 공정에 아르곤의 혼입비율을 달리하여 제조된 BDD 전극의 특 성을 관찰한 것인데 형태학 측면에서 볼 때 아르곤의 혼 입비율이 증가할수록 다이아몬드 박막의 성장이 (111)면 에서 지배적으로 일어나는 현상이 강화되다가 아르곤의 혼입비율이 4인 경우에는 (111)면의 박막성장이 약화되 고, (220)면 및 (311)면의 성장이 증가되었다. 이는 아르 곤의 혼입비율이 증가하면서 수소원자에 의한 비다이아 몬드 박막의 에창효과가 나빠진 결과에 기인한 것으로 판단된다.

3.3 순환전압전류(CV) 테스트 결과

아르곤을 추가적으로 인입한 BDD 전극의 전기화학적 특성을 평가하기 위하여 순환전압전류(CV, cyclic voltammetry) 테스트를 실시하고 다음과 같은 결과를 얻었다.

Fig. 3은 아르곤 혼입비율(Ar/CH₄ ratio)에 따른 CV 곡선(cyclic voltammograms)을 나타낸 것이다. Fig. 3에 서 보듯이 아르곤의 혼입비율에 따라 BDD 전극의 전 기화학적 특성이 달라짐을 확인할 수 있다. 일반적으로 진공증착에 의해 박막을 성장시키는 경우에는 박막의 결 정의 크기가 작아지면 보다 더 치밀한 박막을 얻을 수 있고, 그 결과 박막의 수명이나 제반 특성이 향상된다. 그러나 박막의 미세구조 분석 결과에서 보듯이 다이아 몬드 결정의 크기는 (a) > (b) > (c) > (d)의 순으로 아르곤 의 혼입비율이 커질수록 다이아몬드 결정의 크기는 작 아지나(Fig. 1), Fig. 3의 CV 곡선에서 보듯이 (c)의 전 기화학적 특성이 (a), (b), (d)보다 더 우수함을 알 수 있 다. 따라서 BDD 전극의 성막에 있어서는 아르곤을 추 가로 인입하여 다이아몬드 결정의 크기가 작아진다고 하 더라도 적정한 혼입비율로 아르곤 가스가 투입되지 아 니하면 전기화학적 특성이 나빠질 수도 있음을 확인할 수 있다. 즉, Fig. 3은 BDD 박막의 형태학적 특성이 전 기화학적 특성에 영향을 미치는 인자임을 나타내는 예로 서 다이아몬드의 결정의 크기 및 형태학적 특성에 따라 CV 곡선이 영향을 받는다는 것을 알 수 있다. 따라서 HFCVD법에 의한 BDD 전극을 제조함에 있어 아르곤의 혼입이 BDD 전극의 다이아몬드 결정의 크기를 감소시 키는 효과와 전기화학적 특성을 변화시킬 수 있으며, 특 히 전기화학적 특성을 향상시킴에 있어서는 아르곤 가스 의 혼입비율이 큰 영향을 미치는 것을 확인할 수 있다.

Fig. 3의 (a)는 전류의 피크전압이 좌우로 이동됨을 알 수 있고, 특히 환원 피크전류가 −60 mA이상에서 발생하 는 등 전기화학적 특성이 우수하지 않음을 알 수 있다. 또한 Fig. 3의 (b)와 (d)도 비가역적 반응에 의한 전류 의 피크전압이 좌우로 크게 이동된 그래프 모양을 보여 준다. 이는 전하이동 속도와 물질 확산속도 과정 가운 데 적어도 한 단계가 주사속도(scan rate)를 따라오지 못 하여 발생한 것으로 판단되며, 이러한 특성은 BDD 전 극의 전하이동에 관련된 결정구조 및 형태학이 크게 영 향에 미친 것으로 판단된다. 반면에 Fig. 3(c)는 산화환 원 피크 전위의 차이가 일정하며, 피크 전류의 비도 거 의 같아 가역적 반응이 일어났음을 확인할 수 있다. 이 러한 결과는 주어진 주사속도에서 전하이동의 속도와 물 질 확산의 속도가 주사속도를 충분히 따라온다는 것을 의미하는 것이다. 따라서 메탄가스에 대한 아르곤 가스의 혼입비율(Ar/CH₄ ratio)이 2(총 투입가스의 3.1vol.%)인 BDD 전극의 전기화학적 특성이 가장 우수함을 알 수 있다.

Fig. 3

Cyclic voltammograms on BDD anodes growing in different argon concentrations; (a) Ar/CH₄ ratio = 0, (b) Ar/CH₄ ratio = 1, (c) Ar/CH₄ ratio = 2 and (d) Ar/CH₄ ratio = 4.

3.4 총유기탄소(TOC) 제거 테스트 결과

아르곤을 추가적으로 인입한 BDD 전극의 전기화학적 폐수처리 능력을 평가하기 위하여 총유기탄소분석기를 이 용하여 폐수처리장의 상등수에 대한 총유기탄소를 측정 하였다. Fig. 4는 TOC가 3636 mg/L인 폐수처리장의 상 등수를 대상으로 아르곤의 혼입비율(Ar/CH₄ ratio)을 달 리하여 제조한 BDD 전극(30 × 40 mm)으로 120분간 처 리한 폐수의 잔류 TOC를 측정한 결과이다.

Fig. 4

TOC abatement using BDD electrodes growing in different argon concentrations at 250 mA/cm²; (a) Ar/CH₄ ratio = 0, (b) Ar/ CH₄ ratio = 1, (c) Ar/CH₄ ratio = 2 and (d) Ar/CH₄ ratio = 4.

Fig. 4에서 보듯이 모든 BDD 전극에서 90 %이상의 TOC가 제거된 것을 확인할 수 있다. 아르곤의 혼입비 율이 0인 (a)의 경우에는 92.2 %가 제거되었으며, (b)는 91.1 %, (c)는 94.6 %, (d)는 90.2 %가 제거되어 아르곤 의 혼입비율이 2인 BDD 전극의 TOC 제거율이 가장 우 수한 것으로 확인되었다. 아르곤의 혼입비율이 2인 전극 (c)은 아르곤을 추가적으로 인입하지 아니한 전극(a)에 비 해 TOC의 제거능력이 2.4 % 포인트 향상되었으나, 아 르곤의 혼입비율이 1인 전극(b)과 4인 전극(d)은 TOC 제 거율이 각각 1.1 % 포인트와 2.0 % 포인트 하락된 결과 가 나타났다. 이러한 경향은 CV 테스트 결과와도 유사 한 것으로서 BDD 박막의 결정의 크기가 작아진다고 해 서 전극의 전기화학적 산화반응 특성이 우수해지는 것은 아니라는 것을 의미한다. 즉, BDD 전극을 제조함에 있 어 아르곤의 추가적인 인입이 전기화학적 특성에 미치 는 영향을 CV 테스트와 실제 폐수에 대한 처리성능 평 가를 통해 확인한 결과 BDD 전극의 전기화학적 산화 반응의 특성은 박막의 미세구조나 상(phase) 특성과도 관 련이 있음을 의미한다.

CV 테스트에서 보듯이 BDD 전극의 전기화학적 특성 을 아르곤의 혼입비율에 따라 달라지며(Fig. 3), Fig. 4 에서 보듯이 폐수처리 성능역시 달라진다. 폐수처리 성 능은 아르곤을 인입하지 않은 전극 (a)에 비해 아르곤 혼 입비율이 1인 전극 (b)에서는 1.1 % 포인트 하락하였고, 혼입비율이 2인 전극 (c)는 2.4 % 포인트 향상되었으나 혼입비율이 4인 전극 (d)는 오히려 2.0 % 포인트 하락 하였다. 이는 아르곤의 인입에 따른 활성탄소 농도의 증 가와 수소원자의 에너지 및 농도 감소에 관계가 있는 것 으로 판단된다. 즉, 아르곤의 혼입비율이 1인 전극 (b) 및 혼입비율이 4인 전극 (d)의 경우에는 활성탄소 농도 의 증가에 의한 긍정적 측면보다 수소원자의 에너지 및 농도 감소에 따른 부정적인 측면이 우세한 결과를 초래 한 것이고, 아르곤의 혼입비율이 2인 전극 (c)는 아르곤 인입의 긍정적인 측면이 우세한 현상이 나타난 결과이 다. 이와 같은 결과는 아르곤 혼입비율의 증가에 따라 활성탄소 농도의 증가는 아르곤의 혼입비율이 크게 증 가하여도 계속적으로 대폭 증가되는데¹⁵⁾ 반하여 아르곤 의 농도가 증가하게 되면 수소원자의 에너지 및 농도의 감소와 함께 결정면 형성(crystalline faceting)에서 공공 결함(vacancy defects)이 증가하기9) 때문에 박막의 결정 구조 및 형태학적 특성이 전기화학적 특성 측면에서 부 정적인 방향으로 영향을 미치기 때문이다. 따라서 HFCVD 방법으로 BDD 전극을 제조함에 있어서는 적정량의 아 르곤을 추가적으로 인입하는 경우에 다이아몬드의 결정 구조 및 형태학적 특성, 그리고 전기화학적 특성이 함 께 향상될 수 있다.