• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2013.08a
• /
• pp.278.2-278.2
• /
• 2013

그래핀은 우수한 전기적, 기계적, 광학적 특성들로 인하여 전자소자, 센서, 에너지 재료 등으로의 응용이 가능하다고 알려진 단 원자층의 탄소나노재료이다. 특히 그래핀을 전자소자로 응용하기 위해서는 캐리어 농도, 전하 이동도, 밴드갭 등의 전기적 특성을 향상시키거나 제어하는 것이 요구되며, 에너지 소재로의 응용을 위해서는 높은 전기전도도와 함께 기능화를 통한 촉매작용을 부여하여 효율을 향상시키는 것이 요구된다. 일반적으로 화학적 도핑은 그래핀의 전기적 특성을 제어하는 효율적인 방법으로 알려져 있다. 화학적 도핑의 방법으로 질소, 수소, 산소 등 다양한 이종원소를 열처리 또는 플라즈마 처리함으로써 그래핀을 구성하는 탄소원자를 이종원자로 치환하거나 흡착시켜 기능화 처리된 그래핀을 얻는 방법들이 제시되었다. 이중 플라즈마를 이용한 도핑방법은 저온에서 처리가 가능하고, 처리시간, 공정압력, 인가전압 등 플라즈마 변수를 변경하여 도핑정도를 비교적 수월하게 제어할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 열화학기상증착법으로 합성된 그래핀을 직류 플라즈마로 처리함으로써 효율적인질소도핑 조건을 도출하고자 하였다. 그래핀의 합성은 200 nm 두께의 니켈 박막이 증착된 몰리브덴 호일을 사용하였으며, 원료가스로는 메탄을 사용하였다. 그래핀의 질소 도핑은 평행 평판형 직류 플라즈마 장치를 이용하여 암모니아($NH_3$) 플라즈마로 처리하였으며, 플라즈마 파워와 처리시간을 변수로 최적의 도핑조건 도출 및 도핑 정도를 제어하였다. 그래핀의 질소 도핑 정도는 라만 스펙트럼의 G밴드의 위치와 반치폭(Full width at half maximum; FWHM)의 변화를 통해 확인하였다. NH3 플라즈마 처리 후 G밴드의 위치가 장파장 방향으로 이동하며, 반치폭은 감소하는 것을 통해 그래핀의 질소도핑을 확인하였다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
• /
• 2009.11a
• /
• pp.24.2-24.2
• /
• 2009

Indium Antimonide(InSb)는 $3{\sim}5\;{\mu}m$대 적외선 감지영역에서 기존 HgCdTe(MCT)를 대체할 물질로 각광받고 있다. 1970년대부터군사적 용도로 미국, 이스라엘 등 일부 선진국에서 연구되기 시작했으며,이온주입, MOCVD, MBE 등 다양한 공정을 통해 제작되어 왔다. InSb 적외선 감지소자는 $3{\sim}5{\mu}m$대에서 HgCdTe와 성능은 대등한데 반해, 기판의 대면적화와 저렴한 가격, 우주공간 및 야전에서 소자 동작의안정성 등으로 InSb적외선 감지기는 냉각형 고성능 적외선 감지영역에서 HgCdTe를 대체해 가고 있다. 하지만 InSb는 77 K에서 0.225eV의 작은 밴드갭을 갖고 있기 때문에 누설전류로 인한 성능저하가 고질적인문제로 대두되었고, 이를 해결하기 위한 고품질 절연막 연구가 InSb적외선 수광 소자 연구의 주요이슈 중 하나가 되어왔다. 그 동안 PECVD, photo-CVD, anodic oxidation 등의 공정을 이용하여 $SiO_2$, $Si_3N_4$, 양극산화막(anodic oxide) 등 다양한 절연막에 대한 연구가 진행되었고[1,2], 절연막과 반도체 사이 계면에서의 열확산을 억제하여 계면트랩밀도를 최소화하기 위한 공정개발이 이루어졌다[3]. 하지만 InSb 적외선 감지기술은 국방 및 우주개발의 핵심기술중 하나로 그 기술의 이전이 엄격히 통제되고 있으며, 현재도 미국과 이스라엘, 일본, 영국 등 일부 선진국 만이 기술을 확보하고 있고, 국내의 경우 연구가 매우 취약한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 InSb 적외선 감지기의 암전류를 제어하기 위한 낮은 계면트랩밀도를 갖는 절연막 증착 공정을 찾고자 하였다. 본 연구에서는 n형 (100) InSb 기판 ($n=0.2{\sim}0.85{\times}10^{15}cm^{-3}$ @ 77K)에 PECVD를 이용하여 $SiO_2$, $Si_3N_4$ 등을 증착하고 절연막으로서 이들의 특성을 비교 분석하였다. $SiO_2$는 160, 200, $240^{\circ}C$에서 $Si_3N_4$는 200, $300^{\circ}C$에서 증착하였다. Atomic Force Microscopy(AFM) 사진으로 확인한 결과, 모든 샘플에서표면거칠기가 ~2 nm의 평탄한 박막을 얻을 수 있었다. Capacitance-Voltage 측정(77K)을 통해 절연막 특성을 평가하였다. $SiO_2$와 $Si_3N_4$ 모두에서 온도가 증가할수록 벌크트랩밀도가 감소하는 경향을 볼 수 있었는데, 이는 고온에서 증착할 수록 박막 내의 결함이 감소했음을 의미한다. 반면계면트랩밀도는 온도가 증가함에 따라, 1011 eV-1cm-2 대에서 $10^{12}eV^{-1}cm^{-2}$ 대로 증가하였는데, 이는 고온에서 증착할 수 록 InSb 표면에서의 결함은 증가하였음을의미한다. 암전류에 큰 영향을 주는 것은 계면트랩밀도 이므로, $SiO_2$와 $Si_3N_4$ 모두 $200^{\circ}C$이하의 저온에서 증착시켜야 함을 확인할 수 있었다.

• Korean Journal of Materials Research
• /
• v.4 no.4
• /
• pp.459-465
• /
• 1994

A-axis oriened YBCO thin flims were grown on $LaAIO_{3}$ single crystal substrate by off-axis rf magnetron sputtering method. We used two kinds of process to get a-axis oriented fi1ms;one-step process and two-step process. In one-step process, films are grown in single step in which substrate temperature( $T_s$) is in the range of $590^{\circ}C$ to $680^{\circ}C$. On the other hand, in two step process a-axis oriented thin film templates i f about 30nm thickness is deposited at low temperature first, and subsequently films are grown at elevated temperature to the final thickness of about 100nm. In the case of one step process($T_s$ ~)$600^{\circ}C$), prefered a-axis orientation is dominant and Cu-rich phases segregate at the surface. Segregations decrease and ($00 \ell$) peaks increase upon increasing $T_s$. The films prepared by two step method appeared to have strong(h00) peaks as the deposition rate increased. Microstructure shows pin holes resulted from mixed phases of a-axis and c-axis oriented films. In both cases of one step and two step process, as TS decreases, prepared films show stronger a-axis orientation. However electrical properties of the films are depressed with lower $T_c$ and wider $\Delta T$ as $T_s$ decreases.

• Korean Journal of Materials Research
• /
• v.4 no.1
• /
• pp.9-23
• /
• 1994

Epitaxial $CoSi_2$ layer has been grown on NaCl(100) substrate at low deposition temperature($200^{\circ}C$) by multitarget bias cosputter deposition(MBCD). The phase sequence and crystallinity of deposited silicide as a function of deposition temperature and substrate bias voltage were studied by X-ray diffraction(XRD) and transmission electron microscopy(TEM) analysis. Crystalline Si was grown at $200^{\circ}C$ by metal induced crystallization(M1C) and self bias effect. In addition to, the MIC was analyzed both theoretically and experimentally. The observed phase sequence was $Co_2Si \to CoSi \to Cosi_2$ and was in good agreement with that predicted by effective heat of formation rule. The phase sequence, the CoSi(l11) preferred orientation, and the crystallinity had stronger dependence on the substrate bias voltage than the deposition temperature due to the collisional cascade mixing, the in-situ cleaning, and the increase in the number of nucleation sites by ion bombardment of growing surface. Grain growth induced by ion bombardment was observed with increasing substrate bias voltage at $200^{\circ}C$ and was interpreted with ion bombardment dissociation model. The parameters of $E_{Ar}\;and \alpha(V_s)$ were chosen to properly quantify the ion bombardment effect on the variation in crystallinty at $200^{\circ}C$ with increasing substrate bias voltage using Langmuir probe.

• Polymer(Korea)
• /
• v.37 no.3
• /
• pp.373-378
• /
• 2013

The interfacial adhesion strength is very important in $SiO_x$ deposited PC film for the barrier enhanced polycarbonate (PC) flexible substrate. In this study, PC films were treated by undercoating, UV/$O_3$ and low temperature plasma and then the effect of physical and chemical surface modifications on the interfacial adhesion strength between PC film and $SiO_x$ barrier layer were studied. It was found that untreated PC film shows significantly low interfacial adhesion strength due to the smooth surface and low surface free energy of PC. Low temperature plasma treatments resulted in the increase of both surface roughness and surface free energy due to etching and the appearance of polar molecules on the PC surface. However, UV/$O_3$ treatment only shows the increase of surface free energy by developed polar molecules on the surface. These surface modifications caused the enhancement of surface interfacial strength between PC film and $SiO_x$ barrier. In the case of undercoating, it was found that the increase of surface interfacial strength was achieved by adhesion between various acrylic acid on acrylate coated surface and $SiO_x$ without increase of polar surface energy. In addition, the barrier property is also improved by organic-inorganic hybrid multilayer structure.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
• /
• v.36 no.9
• /
• pp.931-935
• /
• 2012

In this study, we fabricate and investigate low-temperature solid oxide fuel cells with a ceramic substrate/porous metal/ceramic/porous metal structure. To realize low-temperature operation in solid oxide fuel cells, the membrane should be fabricated to have a thickness of the order of a few hundreds nanometers to minimize IR loss. Yttrium-doped barium zirconate (BYZ), a proton conductor, was used as the electrolyte. We deposited a 350-nm-thick Pt (anode) layer on a porous substrate by sputter deposition. We also deposited a 1-${\mu}m$-thick BYZ layer on the Pt anode using pulsed laser deposition (PLD). Finally, we deposited a 200-nm-thick Pt (cathode) layer on the BYZ electrolyte by sputter deposition. The open circuit voltage (OCV) is 0.806 V, and the maximum power density is 11.9 mW/$cm^2$ at $350^{\circ}C$. Even though a fully dense electrolyte is deposited via PLD, a cross-sectional transmission electron microscopy (TEM) image reveals many voids and defects.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2011.02a
• /
• pp.57-58
• /
• 2011

III-V족 화합물 반도체의 일종인 InSb는 77 K에서 0.23 eV의 작은 밴드 갭을 가지며 높은 전하 이동도를 가지고 있기 때문에 대기권에서 전자파 흡수가 일어나지 않는 3~5 ${\mu}m$범위의 장파장 적외선 감지가 가능하여 중적외선 감지 소자로 이용되고 있다. 하지만 InSb는 밴드 갭이 매우 작기 때문에, 소자 제작시 누설전류에 의한 소자 특성의 저하가 문제시 되고 있다. 또한 다른 화합물 반도체에 비해 녹는점이 낮고, 휘발성이 강한 5족 원소인 Sb의 승화로 기판의 화학양론적 조성비(stoichiometry)가 변하기 쉬워, 계면특성 저하의 원인이 된다. 따라서 우수한 특성을 가지는 적외선 소자의 구현을 위해서, 저온에서 계면 특성이 우수한 고품질의 절연막 증착 연구가 필수적이다. 본 연구에서는 InSb 기판 위에 $SiO_2$, $Si_3N_4$의 절연막 형성시 증착온도의 변화에 따른 계면 트랩 밀도를 분석하였다. $SiO_2$, $Si_3N_4$ 절연막은 플라즈마 화학 기상 증착법(PECVD)을 이용하여 n형 InSb 기판 위에 증착하였으며, 증착온도를 $120^{\circ}C$부터 $240^{\circ}C$까지 변화시켰다. Metal oxide semiconductor(MOS) 구조 제작을 통하여, 커패시턴스-전압(C-V)분석을 진행하였으며, 절연막과 InSb 사이의 계면 트랩 밀도를 Terman method를 이용하여 계산하였다[1]. 또한, $SiO_2$와 $Si_3N_4$의 XPS 분석과 TOF-SIMS 분석을 통하여 계면 트랩 밀도의 원인을 밝혀 보았다. $120{\sim}240^{\circ}C$ 온도 범위에서 계면 트랩 밀도는 $Si_3N_4$의 경우 $2.4{\sim}4.9{\times}10^{12}cm^{-2}eV^{-1}$, $SiO_2$의 경우 $7.1{\sim}7.3{\times}10^{11}cm^{-2}eV^{-1}$ 값을 나타냈고, 두 절연막 모두 증착 온도가 증가할수록 계면 트랩 밀도가 증가하는 경향을 보였다. 그러나 모든 샘플에서 $Si_3N_4$의 경우, flat band voltage가 음의 전압으로 이동한 반면, $SiO_2$의 경우, 양의 전압으로 이동하는 것을 확인할 수 있었다. 계면 트랩 밀도 증가의 원인을 확인하기 위해서, oxide를 $120^{\circ}C$, $240^{\circ}C$에서 증착시킨 샘플을 XPS 분석을 통하여 깊이에 따른 성분분석을 하였고, 그 결과, $240^{\circ}C$에서 증착된 샘플에서 계면에서 $In_2O_3$와 $Sb_2O_3$ 피크의 증가를 확인하였다. 이는 계면에서 oxide양이 증가함을 의미하며, 이렇게 생성된 oxide는 계면 트랩으로 작용하므로, 계면 특성을 저하시키는 원인으로 작용함을 알 수 있었다. Nitride 절연막을 증착시킨 샘플은 TOF-SIMS 분석을 통해, 계면에서의 성분 분석을 하였고, 그 결과, $240^{\circ}C$에서 증착된 샘플에서 In-N, Sb-N, Si-N 결합의 감소를 확인하였다. 이렇게 분해된 결합들의 dangling 결합이 늘어 계면 트랩으로 작용하므로, 계면 특성을 저하시키는 원인으로 작용함을 알 수 있었다. 최종적으로, 소자특성을 확인 하기 위하여 계면 트랩 밀도가 가장 낮게 측정된 $200^{\circ}C$ 조건에서 $SiO_2$ 절연막을 증착하여 InSb 적외선 소자를 제작하였다. 전류-전압(I-V) 분석 결과 -0.1 V에서 16 nA의 누설 전류 값을 보였으며, $2.6{\times}10^3{\Omega}cm^2$의 RoA(zero bias resistance area)를 얻을 수 있었다. 절연막 증착조건의 최적화를 통하여, InSb 적외선 소자의 특성이 개선됨을 확인할 수 있었다.

• Progress in Superconductivity and Cryogenics
• /
• v.6 no.3
• /
• pp.27-32
• /
• 2004

High temperature superconducting coated conductor has a structure of /< superconducting layer>//. The buffer layer consists of multi layer, and the architecture most widely used in RABiTS approach is CeO$_2$(cap layer)/YSZ(diffusion barrier layer)/CeO$_2$(seed layer). Evaporation technique is used for the CeO$_2$ layer and DC reactive sputtering technique is used for the YSZ layer, A chamber was set up specially for DC reactive sputtering, Detailed features are as following. A separator divided the chamber into two halves a sputtering chamber and a reaction chamber. The argon gas for sputtering target elements flows out of the cap of sputtering gun, and water vapor for reaction with depositing species spouts near the substrate. Turbo pump is connected with reaction chamber. High speed deposition of YSZ film could be achieved in the chamber. Detailed deposition conditions (temperature and partial pressure of reaction gas) were investigated for the rapid growth of high quality YSZ film.

• Journal of the Korean Vacuum Society
• /
• v.4 no.S1
• /
• pp.196-201
• /
• 1995

새로운 증착방법인 UHV-ECRCVD를 이용하여 기판온도 $440^{\circ}C$의 저온에서 격자이온이 일어나지 않고 완벽한 정합상태를 유지하고 있는 무전위 SiGe 에피박막을 성장시켰다. 박막의 두께는 기계적 평형이론(mechanical equilibrium theory)인 Mattews-Blakeslee 임계두께를 초과하였으며, 따라서 본 연구에서 사용하는 낮은 기판온도에 의해 격자이완이 억제되고 있음을 알았다. 한편 성장시에 가해주는 GeH4의 유량이 증가함에 따라 박막내에 GeH4으로부터 생성된 무거운 ion의 기판입사량이 증가하여 격자손상(lattice damage)에 의한 결함이 증가하므로 높은 Ge 함량을 갖는 무전위 SiGe 에피박막을 얻을 수 없었다. 그러나 전체압력을 증가시켜서 에피층을 성장시키면 격자손상에 의한 결함은 생성되지 않았으며, 따라서 전체압력을 증가시키면 높은 Gegkafid을 갖는 무전위 SiGe 에피박막을 성장시킬 수 있을 것이라고 생각된다. 이것은 전체압력 증가로 인해 ECR 플라즈마 안의 전자온도가 감소하여 성장을 주도하는 활성종(reactive species)이 ion에서 radical 로 바뀌기 때문이라고 추정하였다. 본 연구에서는 박막의 Ge 함량이 증가함에 따라 에피층의 성장속도가 증가하는 현상을 관찰하였다. 따라서 ECR 플라즈마를 사용하는 본 연구에서도 표면에서의 수소탈착이 성장속도결정단계임을 알 수 있었다. 한편 인입률(incorporation ratio)은 1에 근접하였으며, 이것은 플라즈마에 의한 원료기체의 분해과정이 thermal CVD와는 달리 무차별적으므로 SiH4과 GeH4의 분해효율이 크게 다르지 않기 때문이라고 추정하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
• /
• 2012.11a
• /
• pp.165-166
• /
• 2012

표면의 젖음성은 어플리케이션의 매우 중요한 점으로, 이것은 표면에너지와 표면의 조도에 의해 결정된다. 표면의 젖음성을 낮추기 위하여 저온 PECVD 공정을 통해 초소수성 박막을 만들었다. $SiO_xC_yH_z$ 필름을 만들기 위하여 RF power을 사용하였고, HMDS (hexamethyl-disilazane) precursor과 함께 수소 기체를 통해 증착하였다. 이 실험에서는 수소와 RF power를 변수로 진행하였고, 이것은 소수성 박막의 표면에너지를 변화시켰다. 필름을 합성한 후 contact angle measurement 및 AFM을 사용해 표면에너지와 표면조도를 관찰하였다. 또한 필름의 화학적 결합을 알기 위해 FT-IR을 이용하였다. 여기에서 표면의 에너지는 표면의 조도와 화학적 결합상태에 의해서 영향을 받았음을 알 수 있었다.