• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2000년도 제18회 학술발표회 논문개요집
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• pp.71-71
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• 2000

본 연구에서는 차세대 마이크로파 유전체 소자로서의 응용을 목적으로 펄스 레이저 방식에 의하여 증착된 MgTiO3 박막의 전기적 특성을 종합적으로 연구 분석하였다. 이를 바탕으로 MgTiO3 박막의 유전손실 등과 같은 열화를 야기시키는 박막 내부 또는 박막과 기판간의 결함의 특성을 파악하여 열화 메카니즘을 분석하였다. MgTiO3는 마이크로파 영역에서의 우수한 유전특성과 같은 낮은 유전손실을 가지며, 온도 안정성 또한 우수하다. 현재까지 벌크 세라믹 MgTiO3 의 응용 광범위하게 연구되어 왔으나 박막의 제조공정 및 전기적 특성 분석은 미흡한 형편이다. 따라서 벌크 세라믹과는 특성이 상이한 박막의 전기적 특성분석 및 연구가 필요하다. 분석을 위한 소자의 기본 구조로서 Metal-Insulator-Semiconductor(MIS) 구조를 채택하였다. MgTiO3 박막을 증착하기 위한 기판으로는 n형 Si(100)기판과 p형 Si(100)기판을 사용하였고, Si 기판 위에 급속 열처리기 (RTP)를 이용하여 SiO2를 ~100 두께로 성장시킨 것과 성장시키지 않은 것으로 구분하여 제작하였다. MgTiO3 박막은 펄스 레이저 증착 방식(PLD)에 의하여 약 2500 두께로 증착되었으며, 200mTorr 압력의 산소 분위기 하에서 기판의 온도를 40$0^{\circ}C$~55$0^{\circ}C$까지 5$0^{\circ}C$간격으로 변화시키며 제작하였다. 상하부의 전극 금속으로는 Al을 이용하였으며, 열증발 증착기로 증착하였다. 증착된 MgTiO3 박막의 결정구조를 확인하기 위하여 XRD 분석을 수행하였으며, 박막의 전기적 특성을 분석하기 위해 Boonton7200 C-V 측정기와 HP4140P를 이용한 경우에는 C-V 곡선에 이력현상이 나타났으나, MgTiO3/SiO2를 이용한 경우에는 이력현상이 나타나지 않았고, 유전율은 감소하는 것으로 나타났다. I-V 측정 결과, 절연층으로 MgTiO3/SiO2를 이용한 경우에는 MgTiO3만을 절연층으로 사용한 경우에 비해 동일한 전계에서 낮은 누설전류 값을 가짐을 알 수 있었다. 또한 박막의 증착온도가 증가함에 따라서 C-V 곡선의 위치가 양의 방향으로 이동함을 확인하였다. 위의 현상은 기판의 종류에 관계없이 발생하는 것으로 보아 벌크 또는 계면에 존재하는 결함에 의한 것으로 추정된다. 현재 C-V 곡선의 이동 원인과 I-V 곡선의 누설전류 메카니즘을 분석 중에 있으며 그 결과를 학회에서 발표할 예정이다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2000년도 제18회 학술발표회 논문개요집
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• pp.75-75
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• 2000

플라즈마 화학증착법(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD)을 이용하여 양질의 Si3N4 금속-유전막-금속(Metal-Insulator-Metal, MIM) 커페시터를 구현하였다. Fig.1에 나타낸 바와 같이 p형 실리콘 웨이퍼의 열 산화막 위에 1%의 실리콘을 함유하는 알루미늄을 스퍼터링으로 증착하여 전극을 형성하고 두 전극사이에 Si3N4 박막을 증착하여 MIM구조의 박막 커패시터를 제조하였다. Si3N4 유전막은 150Watt의 RF 출력하에서 반응 가스 N2/SiH4/NH3를 각각 300/10/80 sccm로 흘려주어 전체 압력을 1Torr로 유지하면서 40$0^{\circ}C$에서 플라즈마 화학증착법을 이용하여 증착하였으며, Al과 Si3N4 층의 계면에는 Ti과 TiN을 스퍼터링으로 증착하여 확산 장벽으로 이용하였다. 각 시편의 커패시턴스 및 바이어스 전압에 따른 누설 전류의 변화는 LCR 미터를 이용하여 측정하였고 각 시편의 커패시턴스 및 바이어스 전압에 따른 누설 전류의 변화는 LCR 미터를 이용하여 측정하였고 각 시편의 유전 특성의 차이점을 미세구조 측면에서 이해하기 이해 극판과 유전막의 단면 미세구조를 투과전자현미경(Transmission Electron Microscope, TEM)을 이용하여 분석하였다. 유전체인 Si3N4 와 전극인 Al의 계면반응을 억제시키기 위해 TiN을 확산 장벽으로 사용한 결과 MIM커패시터의 전극과 유전체 사이의 계면에서는 어떠한 hillock이나 석출물도 관찰되지 않았다. Fig.2와 같은 커패시턴스의 전류-전압 특성분석으로부터 양질의 MIM커패시터 특성을 f보이는 Si3N4 의 최소 두께는 500 이며, 그 두께 미만에서는 대부분의 커패시터가 전기적으로 단락되어 웨이퍼 수율이 낮아진다는 사실을 알 수 있었다. TEM을 이용한 단면 미세구조 관찰을 통해 Si3N4 층의 두께가 500 미만인 커패시터의 경우에 TiN과 Si3N4 의 계면에서 형성되는 슬릿형 공동(slit-like void)에 의해 커패시터의 유전특성이 파괴된다는 사실을 알게 되었으며, 이러한 슬릿형 공동은 제조 공정 중 재료에 따른 열팽창 계수와 탄성 계수 등의 차이에 의해 형성된 잔류응력 상태가 유전막을 기준으로 압축응력에서 인장 응력으로 바뀌는 분포에 기인하였다는 사실을 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2000년도 제18회 학술발표회 논문개요집
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• pp.128-128
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• 2000

박막의 탄성 특성을 평가하는 방법으로 nano-indentation, Brillouin light scattering measurement, ultrasonic surface wave measurement, bulge test, vibration membrane method 등 여러 가지가 제시되어 왔다. 이러한 방법들은 필름의 두께가 일정 두께 이상이 되어야 정확한 측정이 가능한 방법으로 매우 얇은 박막에서도 탄성특성을 평가할 수 있는 freehang, bridge 방법이 제시되었으며, 이 방법은 간단한 식각 공정을 통해 매우 얇은 박막에도 적용시킬 수 있다는 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 아주 얇은 박막에서도 탄성특성을 평가할 수 있는 freehang 방법을 이용하여 순수한 Diamond-like carbon (DLC) 필름과 Sidl 첨가된 DLC 필름의 탄성 특성을 평가하고자 한다. 실험에서 사용한 필름은 rf-PACVD 장비를 이용하여 증착하였다. 이때 전극과 플라즈마 사이의 바이어스 음전압은 -400 Vb로 합성압력은 10mTorr로 고정하였다. 사용한 반응 가스는 벤젠(C6H6), 그리고 벤젠과 희석된 실렌(SiH4 : H2 = 10 : 90)이며, 희석된 실렌의 첨가량을 조절하여 필름 내에 일정량의 Si을 함유시켰다. 각각의 조건에서 증착시간을 조절하여 필름의 두께를 변화시켰으며, KOH(5.6mol) 용액을 이용하여 습식 식각을 함으로써 freehang을 제작하였다. 이때 식각액에 의한 DLC 필름의 손상은 관찰되지 않았다. 필름의 잔류 응력을 측정하기 위해 200$\pm$10 혹은 100$\pm$5$\mu\textrm{m}$ 두께의 얇은 (100) Si wafer를 5$\times$50 mm2의 strip 형태로 절단하여 사용하였다. 필름의 압축 잔류 응력에 의해 발생한 필름/기판 복합체의 곡률은 laser 반사법과 $\alpha$-step profiler를 이용하여 측정하였으며, 이 결과를 Brenner 등에 유도된 식을 이용하여 잔류 응력을 계산하였다. 또한 제작된 frddhang은 광학 현미경과 전자주사현미경에 의해 관찰되었다. 이렇게 제작된 freehang을 이용하여 필름이 기판에 부착되기 위해 필요한 변형률을 측정하고, 독립적으로 측정된 필름의 잔류 응력을 박막의 응력-변형률 관계식에 적용하여 biaxial elastic modulus, E/(1-v)를 구할 수 있었다. 측정 결과 필름의 잔류 응력과 biaxial elastic modulus는 필름의 두께가 감소함에 따라 감소하는 경향을 나타냈으며, 같은 두께의 필름인 경우, 식각 깊이에 따른 biaxial elastic modulus 의 변화를 통해 최적의 식각 깊이를 알 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.227-227
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• 2010

동력 전달을 위한 구동 부품에 대한 내마모성 개선을 통한 에너지 효율 및 부품의 수명 향상에 대한 사회적 관심이 급증하고 있다. 특히, 최근에는 자동차용 구동부품에 저마찰 내마모 특성이 우수한 Mo-N-Cu 나노복합체 박막에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 본 연구에서는 Mo-N-Cu 나노복합체 박막을 마그네트론 스퍼터링 증착법을 활용하였고, 이때 Mo 및 Cu 타겟을 적용하여 동시에 증착하였다. 진공 챔버의 진공도는 $5{\times}10^{-6}\;Torr$ 이하의 초기 진공도를 확보한 이후, 알곤 및 질소 가스를 주입하여 공정 압력이 5 mTorr 수준이 되도록 하였다. 이때 N2/(Ar+N2) = 0.5를 유지하였다. Mo-N-Cu 박막내에 Cu 함량 변화를 위해 Mo 캐소드는 D.C. 1 kW로 고정하고 Cu 캐소드에 R.F. 파워를 0, 40, 60, 80 W로 변화하였다. 박막의 두께는 증착시간을 변화하면서 $1\;{\mu}m$ 이상이 되도록 하였다. Cu 캐소드에 인가된 파워의 변화에 따라 Mo-N-Cu 박막내 Cu 함유량은 10 at.%까지 변화되는 것을 EDX 분석을 통해 확인하였다. 또한 증착된 Mo-N-Cu 박막의 표면 및 단면에 대한 FE-SEM 분석을 통하여 전형적인 주상구조를 지닌 MoN 박막에서 Cu 함량이 증가할수록 Mo-N-Cu 박막의 결정성을 방해하는 것을 확인하였다. 또한 XRD 분석을 통하여 박막의 결정 구조 분석을 하였고, Nano Indentor를 통하여 30 GPa 수준의 고경도를 지닌 박막이 형성됨을 확인하였다. 박막의 내마모 특성 평가를 위해 ball-on-disk 트라이보미터를 활용하여 마찰계수 평가를 수행하였고, Cu 함유량의 변화에 따라 마찰계수가 MoN 박막의 경우 0.8에서 Cu 함량이 5 at.%에서 0.15로 급격하게 낮아짐을 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.205-205
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• 2010

투명 전극(transparent conducting oxide, TCO)은 높은 전기전도도 및 낮은 비저항 ($10^{-4}{\sim}10^{-3}\;{\Omega}cm$)과 가시광영역에서의 우수한 광투과도(> 80%) 특성을 가지며, 주로 디스플레이, 태양전지, 가스 센서 소자 등에 쓰인다. 투명전극으로 쓰이는 대표적인 물질로서는 ITO, ZnO, $SnO_2$ 등이 있으며, ITO는 전기적 특성이 우수하여 널리 사용되고 있으나 가격이 비싸고 화학적으로 불안정하고, ZnO는 ITO에 비해 가격이 저렴하지만 고온에서 불안정한 특성을 가지고 있다. 반면, $SnO_2$는 ITO와 ZnO에 비해 전기적 특성은 떨어지지만, 우수한 열적, 화학적 안정성 및 높은 내마모성을 가지고 제조단가가 저렴하여 TCO 재료로 많은 연구가 진행되고 있다. TCO 박막을 증착시키는 방법으로 CVD, ion plating, sputtering, spray pyrolysis 등이 있으며, 이 중 sputtering 방법은 균일한 입자로 균질의 박막을 입힐 수 있고 우수한 재현성과 낮은 온도에서도 증착이 가능하여 박막 제조 방법으로 널리 이용되고 있다. 본 연구에서는 $SnO_2$ 박막을 실리콘 (100) 및 글라스 (Eagle 2000) 기판 위에 RF magnetron sputtering 방법을 사용하여 제작하였다. 박막 증착을 위해 99.99%의 2 인치 un-doped $SnO_2$ 타겟을 사용하였고, 기판은 20 rpm 으로 회전시켜 균일한 박막이 형성될 수 있도록 하였으며, 초기 진공도는 $1{\times}10^{-6}\;Torr$가 되도록 하였다. 증착 변수로 기판-타겟간 거리, RF 파워, $O_2/(Ar+O_2)$ 비, 공정압력, 기판 온도 등을 각각 변화 시키며 $SnO_2$ 박막을 증착하였다. 증착된 박막의 구조적 및 광학적 특성을 분석하기위해 FE-SEM, AFM, XRD, UV/VIS spectrophotometer, Photoluminescence 등을 사용하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.370-370
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• 2010

최근 자연모사를 통한 초저마찰 연구가 활발히 진행되고 있으며 리소그라피, 레이져 가공법 등의 다양한 방법을 통해 표면구조 제어가 시도되고 있다. 본 연구에서는 자장여과 아크 플라즈마 이온 소스를 이용한 WC-Co 및 SCM 415 금속소재의 표면구조 형상제어를 통해 저마찰 특성을 시도하였다. 자장여과 아크 소스는 90도 꺽힘형이며 5개의 자장 코일을 통해 아크 음극에서 발생된 고밀도($10^{13}\;cm^{-3}$ 이상) 플라즈마를 표면처리 대상 기판까지 확산시켰다. 공정 압력은 알곤가스 1 mTorr, 아크 방전 전류는 25 A, 플라즈마 수송 덕트 전압은 10 V이다. 기판 전압은 비대칭 펄스 (-80 %/+5 %)로 -600 V에서 -800 V까지 인가되었으며 -600 V 비대칭 펄스 인가시기판으로 입사하는 알곤 이온 전류 밀도는 약 $4.5\;mA/cm^2$ 이다. WC-Co 시편의 경우 -600 V 전압 인가시, 이온빔 처리 전 46.4 nm(${\pm}12.7\;nm$)의 조도를 갖는 시편이 5분, 10분, 20분동안 이온빔 처리함에 따라 72.8 nm(${\pm}3\;nm$), 108.2 nm(${\pm}5.9\;nm$), 257.8 nm(${\pm}24.4\;nm$)의 조도를 나타내었다. SCM415 시편의 경우 -800 V 인가시, 이온빔 처리 전 20.4 nm(${\pm}2.9\;nm$)의 조도를 갖는 시편이 20분동안 이온빔 처리함에 따라 275.1 nm(${\pm}43\;nm$)의 조도를 나타내었다. 또한 주사전자현미경을 통한 표면 형상 관찰 결과, 이온빔 식각을 통해 생성된 거친 표면에 $3-5\;{\mu}m$ 직경의 돌기들이 산발적으로 생성됨을 확인했다. 마찰계수 측정 결과 SCM415 시편의 경우, 이온빔 처리전 마찰계수 0.65에서 조도 275.1 nm 시편의 경우 0.48로 감소하였다. 본 연구를 통해 이온빔 식각을 이용한 금속표면 제어 및 저마찰 특성 향상의 가능성을 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.238-238
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• 2013

사파이어 단결정은 광학 투명도, 물리적 강도, 충격 저항, 마모 부식, 높은 압력 및 온도 내구성, 생체 호환성 등 다양한 특성을 가지고 있어 다양한 분야에서 사용되고 있으며, 특히 최근에는 백색 또는 청색 LED 소자 분야에서 기판으로 주로 활용되고 있다. 이러한 사파이어 단결정 기판은 공정에서 결정 성장 조건 및 기계적 연마 등의 다양한 요인으로 결정학적 결함이 발생한다. 이러한 결정학적 결함을 제어함으로서 좋은 품질의 단결정 기판을 생산할 수 있다. 이에 따라 각종 결함 제어를 위해서 X-선, EPD, 레이저 편광법 등 다양한 방법으로 결함들을 측정하고 있다. 그 중에서도 X-선 토포그래피는 시료를 비파괴적인 방법으로 단결정의 결함 밀도와 유형 등을 파악하는데 매우 유용한 측정법이며, Lang 토포그래피로 대표되는 X-선 회절 투과법은 기판과 같은 대구경의 시료를 우수한 분해능으로 내부 결함까지 관찰할 수 있는 장점을 지니고 있다. 본 연구에서는 대구경 사파이어 단결정 기판에 내재하는 결정 결함을 확인 및 분석하기 위해 X-선 Lang 토포그래피(X-ray Lang Topography) 장비를 구축하였다. 그리고 4, 6인치 c-면 사파이어 단결정 기판의 (110), (102) 회절면의 X-선 토포그래피 측정을 통해 전위(dislocation), 스크래치(scratch), 표면데미지(surface damage), 트윈(twin), 잔류 응력(strain) 등의 결함의 유형을 식별 및 분석하였으며, 각각의 결함들의 토포그래피 이미지 형성 메커니즘에 대해 분석하였다. 이를 통해 X-선 Lang 토포그래피(X-ray Lang Topography) 장비가 대구경 사파이어 단결정 기판의 결정 결함 평가에 폭넓은 활용이 가능할 것으로 예상된다.

• 한국재료학회지
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• 제9권12호
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• pp.1216-1221
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• 1999

TMGa와 유전체 장벽방전에 기초한 질소함유 활성종을 이용하여 (0001) 사파이어 기판위에 GaN 박막을 저온에서 성장시켰다. III-V 질소화합물 반도체의 에피막 성장에 있어서 암모니아는 유기금속 화학증착법에서 지금까지 알려진 가장 보편적인 질소 공급원이며 충분한 질소공급을 위해 $1000^{\circ}C$ 이상의 고온 성장이 필수적이다. GaN 박막을 비교적 저온에서 성장시키기 위하여 질소 공급원으로 암모니아 대신 유전체 장벽방전을 이용하였다. 유전체 장벽방전은 전극사이에 유전체 장벽을 설치하여 arc를 조절하는 방전이며 수 기압의 높은 공정압력보다 훨씬 높으므로 기판표면까지 전달하는데도 이점이 있다. GaN 박막의 결정성과 표면형상은 성장온도, 완충층에 따라 변화하였으며, $700^{\circ}C$의 저온에서도 우수한 (0001) 배향성을 갖는 GaN 박막을 성장할 수 있었다.

• 한국재료학회지
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• 제4권7호
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• pp.783-791
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• 1994

rf 마그네트론 스퍼터링법을 이용하여 7059 유리기판 위에 ZnO압전박막을 증착하고, 공정변수인 rf 인가전력, 반응기 압력, $O_{2}$/Ar의 조성비등이 증착되는 박막의 결정성 및 전기적 특성에 미치는 영향을 고찰하였다. 증착된 ZnO박막은 문헌에 보고된 증착속도보다 높은 값(200-1000$\AA$/min)을 가졌으며, XRD(002)피크의 rocking curve 표준편차가 SAW 필터로의 응용이 가능한 $6^{\circ}$미만의 값을 가졌다. $O_{2}$Ar 유입비가 25%이상의 경우에는 매우 높은 저항치를 가짐을 알 수 있었다. ZnO박막의 두께와 파장의 비, $\frac{h}{\lambda}$=0.25인 조건에서 필터를 제조하였다. 측정한 주파수 응답특성과 이론치에 의해 계산한 주파수응답특성은 비교적 잘 일치함을 알 수 있었다. 이때 중심주파수는 39.08MHz였으며, 상속도는 \ulcorner 2501m/sec, 삽입손실은 약 29dB였다.

• 한국재료학회지
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• 제21권12호
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• pp.690-696
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• 2011

In this study, nano-sized tin oxide powder with an average particle size of below 50 nm is prepared by the spray pyrolysis process. The influence of air pressure on the properties of the generated powder is examined. Along with the rise of air pressure from $0.1kg/cm^2$ to $3kg/cm^2$, the average size of the droplet-shaped particles decreases, while the particle size distribution becomes more regular. When the air pressure increases from $0.1kg/cm^2$ to $1kg/cm^2$, the average size of the dropletshaped particles, which is around 30-50 nm, shows hardly any change. When the air pressure increases up to $3kg/cm^2$, the average size of the droplet-shaped particles decreases to 30 nm. For the independent generated particles, when the air pressure is at $0.1kg/cm^2$, the average particle size is approximately 100 nm; when the air pressure increases up to $0.5kg/m^2$, the average particle size becomes more than 100 nm, and the surface structure becomes more compact; when the air pressure increases up to $1kg/cm^2$, the surface structure is almost the same as in the case of $0.5kg/cm^2$, and the average particle size is around 80- 100 nm; when the air pressure increases up to $3kg/cm^2$, the surface structure becomes incompact compared to the cases of other air pressures, and the average particle size is around 80-100 nm. Along with the rise of air pressure from $0.1kg/cm^2$ to $0.5kg/cm^2$, the XRD peak intensity slightly decreases, and the specific surface area increases. When the air pressure increases up to $1kg/cm^2$ and $3kg/cm^2$, the XRD peak intensity increases, while the specific surface area also increases.