최근의 재료합성기술 및 미세가공기술의 발전은 종래의 천연물질에는 없는 새로운 기능을 가진 신물질이나 새로운 디바이스의 제작을 가능하게 하고 있다. 여러가지 초박막 물질의 다층막이나 초격자는 그 형상 및 물질의 조합에 따라 모체의 물질과는 새로운 성질을 나타내는 것으로 크게 관심을 모으고 있다. 본 논문에서는 현재 연구가 활발히 진행되고 있는 반도체초격자에 관하여 그 종류 및 전자상태, 결정성장 및 평가법, 기초적 물성, 디바이스 응용 그리고 앞으로의 전망을 간단하게 총망라하여 소개해 보고자 한다.
본 연구에서는 나노 두께를 갖는 두 층을 반복적으로 증착하여 나노 다층 구조를 갖는 질화 물이 코팅된 절삭공구의 기계적 성능과 절삭성능의 향상에 대해 고찰하였다. 이러한 질화물계 나노 다층막에 대한 재료는 격자상수와 결정구조에 따라 $Ti_{0.54}Al_{0.46}N-CrN$계와 $Ti_{0.84}Al_{0.16}N-NlN$계를 선택하여, UBM sputtering 증착법을 이용하여 초경(WC-Co) 인서트(insert)위에 증착하였다. 공정 변수들인 증착온도, 압력. 기판 바이어스 전압, 기판회전 속도 등을 조절하여 다른 주기 값을 갖는 일정한 두께의 다층막들을 증착 시켰고, 주기에 따른 초격자 형성, 경도 값과 절삭성능을 관찰하였다. 증착된 다층막들은 그 주기 값에 따라 경도 값이 다르게 나타났으며. 경도 값이 상대적으로 높았던 특정 주기의 다층막이 코팅된 절삭 공구의 경우, 기존의 상용화된 제품에 비해 frank wear로 비교한 절삭 성능이 $20\%$이상 향상됨을 관찰하였다
본 논문에서는 스트립 폭과 격자주기, 비유전율, 유전체 층의 두께, 그리고 TE(transverse electric) 평면파의 입사각에 따른 접지된 다층 유전체위의 저항띠 격자구조에 의한 TE 산란 문제를 수치해석 방법인 FGMM(Fourier-Galerkin Moment Method)을 이용하여 해석하였다. 유도되는 표면전류밀도는 간단한 함수인 지수함수를 사용하여 Fourier 급수로 전개하였다. 전반적으로 다층유전체의 비유전율과 두께가 증가함에 따라 반사전력이 증가하였고, 반사전력의 급변점들은 공진효과에 기인한 것으로 과거에 wood's anomallies$^{[7]}$라고 불리워졌다. 제안된 방법의 검증을 위하여 기존의 완전도체 경우인 균일 저항율 R = 0에 대한 정규화된 반사전력의 수치결과는 기존 논문들과 일치하였다.
증착온도와 어닐링 조건에 따른 반도체-원자 초격자 구조의 광전자특성이 연구되었다. 나노결정의 Si-O 초격자 구조는 MBE 시스템에 의해 형성되었다. 다층의 Si-O 초격자 다이오드는 매우 안정한 포토루미네슨스 특성과 높은 브레이크다운 전압을 갖는 양호한 절연 특성을 나타내었다. 이러한 결과는 미래의 초고속 및 저전력 CMOS 소자에서 SOI 구조의 대체 방안으로 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 실리콘계 광전자 소자 및 양자 전자 소자에도 응용될 수 있을 것이다.
정확한 모드전송선로 이론 (MTLT)을 적용하여 원추형 광 입사에서 공진 회절격자의 특성을 조사하였다. 원추형 구성에서 공진 회절과 관련된 모드 벡터가 전형적이 구조의 회절격자와 관련된 것보다 입사각에 따라 작게 변한다는 것을 보여주었다. 더욱이, 소멸하는 회절파가 공진 효과를 담당하는 누설 모드를 구동함에 따라, 원추형 장착은 기존 회절격자보다 더 큰 각도 허용 오차를 회절격자에 부여함을 보였다. 이에 기초하여, 수치 계산을 통하여 원추형 입사에서 발견된 스펙트럼을 사용하여, 원추형 및 클래식 구성에서 공진 회절격자의 각도-스펙트럼과 파장-스펙트럼 성능을 정량화하였다. 이러한 결과는 효율적이고 물리적으로 희소한 공진 회절격자를 요구하는 다양한 응용 분야에서 유용할 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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