• 한국재료학회지
• /
• 제6권11호
• /
• pp.1113-1120
• /
• 1996

다이아몬드 박막을 이용한 반도체소자를 실현시키기 위해서는 다이아몬드가 아닌 다른 재료의 기판위에 대면적에 걸쳐 다이아몬드막을 에피텍셜 성장시키는 것이 필수적이다. 그러나 이 분야의 연구는 아직 초보상태로 그 목표가 실현되지 못하고 있다. 본 논문에서는 저압의 ECR 마이크로파 플라즈마 CVD에 의하여 대면적의 Si(100)기판상에 방향성을 갖는 다이아몬드막을 성공적으로 성장시킨 결과를 보고자한다. 지금까지 얻어진 최적 핵생성 공정조건은 다음과 같다 : 반응압력 10Pa, 기판온도 80$0^{\circ}C$(마이크로파 전력이 3kW일 때), 원료가스 CH4/He 계로 농도비 3%/97%, 가스총유량 100sccm, 바이어스 전압 + 30V, 마이크로파 전력(microwave power)4kW, 바이어스 처리 시간 10분간이며, 성장단계에서의 증착공정 조건은 기판온도 80$0^{\circ}C$, 원료가스 CH4/CO2/H2계로 농도비 5%/15%/85%, 가스 총유량 1000sccm, 바이어스 전압 +30V, 마이크로파 전력 5kW, 성막시간 2시간으로 일정하게 유지하였다. 이 조건하에서 기판 면적 3x4$\textrm{cm}^2$의 대면적에 대해서 약 2x109cm-2의핵생성 밀도를 균일하게 재현성있게 얻었다. 원료가스로 CH4/H2를 사용한 경우보다 CH4/H2를 사용할 경우에 라디칼밀도의 증가에 의하여 더 높은 핵생성밀도를 얻을 수 있었다. 또한 저압의 ECR플라즈마 CVD의 경우에는 양의 바이어스전압이 막의 손상이 없어 다이아몬드 핵생성에 더 적합하였다.

• 한국표면공학회지
• /
• 제42권5호
• /
• pp.216-219
• /
• 2009

A surface acoustic wave (SAW) filter structure was fabricated employing $4{\mu}m$ thick nanocrystalline diamond (NCD) and $2.2{\mu}m$ thick ZnO films on Si wafer. The NCD film was deposited in an $Ar/CH_4$ gas mixture by microwave plasma chemical vapor deposition method. The ZnO film was formed over the NCD film in an RF magnetron sputter using ZnO target and $Ar/O_2$ gas. On the top of the two layers, copper film was deposited by the RF sputter and inter digital transducer (IDT) electrode pattern (line/space : $1.5/1.5{\mu}m$) was defined by the photolithography including a lift-off etching process. The fabricated SAW filter exhibited the center frequency of 1.66 GHz and the phase velocity of 9,960 m/s, which demonstrated that a giga Hertz SAW filter can be realized by utilizing the nanocrystalline diamond thin film.

• The Korean Journal of Ceramics
• /
• 제3권1호
• /
• pp.1-4
• /
• 1997

Diamond film (24$\mu\textrm{m}$) were prepared by Microwave Plasma Chemical Vapor Deposition method from a reactive CO/H$_2$ mixtures. Micro-Raman spectroscopy and micro-cathodoluminescence study were carried out along the crosssection and correlated to SEM observation. CL image of cross-section was also investigated. Peak position, FWHM of Raman spectrum were determined using Lorentzing fit. The stress in this sample is 0.4~0.7 GPa compressive stress, and along the distance the compressive stress reduced. The Raman peak broadening is dominated by phonon life time reduction at grain boundaries and defect sites. Defects and impurities were mainly present inside the film, not at Silicon/Diamond interface.

• 한국재료학회지
• /
• 제10권9호
• /
• pp.648-655
• /
• 2000

다이아몬드 합성 조건에서 질소 첨가량은 0%에서 95%까지 변화하였을 때의 합성 거동을 조사하였다. 질소 첨가량이 증가함에 따라 합성된 상은 {100} 성장면으로 이루어진 다이아몬드 막에서 고유의 결정면이 사라지고 나조 크기의 결정들로 이루어진 다이아몬 막으로 변화하였다. 심지어 수소가 없어 메탄과 질소만의 경우에서도 다이아몬드 막 합성이 가능함을 보여주었다. 또한 다이아몬드 구조를 갖는 개별적 입자의 형태는 30%∼80% 질소 첨가범위에서 정팔면체의 결정모양을 가졌고, 이 범위에서 기판온도가 증가함에 따라 육방정 모양의 새로운 결정상을 관찰하였다. 다이아몬드 막의 경우 질소, 첨가량에 무관하게 질소 혼입향은 측정되지 않을 만큼 적었지만, 육방정 결정상은 Si, C 그리고 N으로 이루어진 SiCN화합물임을 확인하였다.

• 한국진공학회지
• /
• 제9권2호
• /
• pp.110-115
• /
• 2000

열-필라멘트 CVD 장치를 이용하여 다이아몬드 박막의 증착 조건을 최적화시켰다. $B_4C $ 고체 펠렛을 사용하여 보론두핑된 다이아몬드 박막을 제조하여 그 질적 특성을 알아보고, 전류전압 특성과 전계 방출 측정을 통해 박막의 전계방출소자(field emission display (FED)로의 특성을 조사하였다. 보론 도핑의 양이 증가함에 따라 다이아몬드 결정의 평균 입자 크기가 조금씩 감소하지만 다이아몬드의 질은 소량 도핑인 경우에 크게 바뀌지 않았다. Al/Diamond/p-Si 소자의 전류전압 특성을 조사한 결과 도핑된 다이아몬드 박막의 전류는 도핑되지 않은 박막의 전류에 비해 $10^4$~$10^5$배 정도 증가하였다. 전계방출 특성을 조사한 결과 보론-도핑이 증가함에 따라 점차 낮은 전기장에서 전자를 방출하며, 또한 높은 방출 전류를 나타냈다. 전자가 방출되기 시작하는 onset-field는 펠렛의 수가 2개일 때 15.5 V/$\mu\textrm{m}$, 3개일 때 13.6 V/$\mu\textrm{m}$, 4개일 때는 11.1 V/$\mu\textrm{m}$. 체계적으로 감소하였다. 도핑의 강도가 세어짐에 따라 Fowler-Nordheim 그래프의 기울기는 감소하는 경향을 보였으며, 이로서 보론 도핑으로 인해 유효 장벽 에너지가 감소되어 전자 방출 특성이 향상됨을 알 수 있었다.

• 한국표면공학회지
• /
• 제44권4호
• /
• pp.131-136
• /
• 2011

A kinetic study has been made for the growth of nanocrystalline diamond (NCD) particles to a continuous thin film on silicon substrate in a microwave plasma chemical vapor deposition reactor. Parameters of deposition have been microwave power of 1.2 kW, the chamber pressure of 110 Torr, and the Ar/$CH_4$ ratio of 200/2 sccm. The deposition has been carried out at temperatures in the range of $400\sim700^{\circ}C$ for the times of 0.5~16 h. It has been revealed that a continuous diamond film evolves from the growth and coalescence of diamond crystallites (or particles), which have been heterogeneously nucleated at the previously scratched sites. The diamond particles grow following an $h^2$ = k't relationship, where h is the height of particles, k' is the particle growth rate constant, and t is the deposition time. The k' values at the different deposition temperatures satisfy an Arrhenius equation with the apparent activation energy of 4.37 kcal/mol or 0.19 eV/ atom. The rate limiting step should be the diffusion of carbon species over the Si substrate surface. The growth of diamond film thickness (H) shows an H = kt relationship with deposition time, t. The film growth rate constant, k, values at the different deposition temperatures show another Arrhenius-type expression with the apparent activation energy of 3.89 kcal/mol or 0.17 eV/atom. In this case, the rate limiting step might be the incorporation reaction of carbon species from the plasma on the film surface.

• The Korean Journal of Ceramics
• /
• 제2권4호
• /
• pp.216-220
• /
• 1996

In the present paper, a new type of DC arc plasma torch is disclosed. The principles of the new magnetic and fluid dynamic controlled large orifice long discharge tunnel plasma torch is discussed. Two series of DC Plasma Jet diamond film deposition equipment have been developed. The 20kW Jet equipped with a $\Phi$70 mm orifice torch is capable of deposition diamond films at a growth rate as high as 40$\mu\textrm{m}$/h over a substrate area of $\Phi$65 mm. The 100kW high power Jet which is newly developed based on the experience of the low power model is equipped with a $\Phi$120 mm orifice torch, and is capable of depositing diamond films over a substrate area of $\Phi$110 mm at growth rate as high as 40 $\mu\textrm{m}$/h, and can be operated at gas recycling mode, which allows 95% of the gases be recycled. It is demonstrated that the new type DC plasma torch can be easily scaled up to even higher power Jet. It is estimated that even by the 100kW Jet, the cost for tool grade diamond films can be as low as less than ＄4/carat.

• 한국재료학회지
• /
• 제5권4호
• /
• pp.451-457
• /
• 1995

열 필라멘트 화학증착(CVD) 다이아몬드 제조에서 bias인가에 따른 다이아몬드 생성양상의 변화를 조사하였다. 기존의 bias실험에서는 기판과 필라멘트 사이에 bias를 인가시켰으나, 본 연구에서는 이 방법 외에 필라멘트 상 하에 텅스텐 망을 설치하여 bias를 인가시켰다. 실험결과 bias 전압을 인가하는 방법에 관계없이 필라멘트의 전자방출을 촉진시키는 방향으로 bias가 인가될 겨우 다이아몬드의 생성밀도 및 증착속도에 유리하게 작용하였다. 본 결과로부터 다이아몬드 증착시 필라멘트에서 방출되는 전자가 중요한 영향을 미치고 있음을 확인하였다. 전자의 기판표면과의 충돌에 의하여 다이아몬드의 생성에 미치는 효과는 적어도 본 실험에서는 중요하지 않음을 알 수 있었다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
• /
• 대한전기학회 1996년도 하계학술대회 논문집 C
• /
• pp.1532-1535
• /
• 1996

Diamond-like carbon (DLC) films have been prepared by a widely-used plasma CVD with an rf (13.56MHz) plasma of $CH_4$ gas. The hydrogen incorporated in DLC films plays an important role of determining the film properties, but its exact role has not been clear. In this study, the effect of hydrogen on the film properties of DLC has been examined by adding the hydrogen gas to the $CH_4$ gas during deposition and by exposing the prepared film to the hydrogen plasma. As the content of additive hydrogen gas increases, the density and hardness of the film increase, but the growth rate decreases. The FT-IR spectroscopy results show that the number of C-H bonds decreases with increasing the hydrogen gas. Also, the variation in the position of "G" and "D" peaks due to additive hydrogen, which has been measured by the Raman spectroscopy, indicates of $sp^3$ fraction.

• 한국결정성장학회지
• /
• 제9권3호
• /
• pp.289-294
• /
• 1999

The charged clusters or particles, which contain hundreds to thousands of atoms or even more, are suggested to from in the gas phase in the thin film processes such as CVD, thermal evaporation, laser ablation, and flame deposition. All of these processes are also phase synthesis of the nanoparticels. Ion-induced or photo-induced nucleation is the main mechanism for the formation of these nanoclusters or nanoparticles in the gas phase. Charge clusters can make a dense film because of its self-organizing characteristics while neutral ones make a porous skeletal structure because of its Brownian coagulation. The charged cluster model can successfully explain the unusual phenomenon of simultaneous deposition and etching taking place in diamond and silicon CVD processes. It also provides a new interpretation on the selective deposition on a conducting material in the CVD process. The epitaxial sticking of the charged clusters on the growing surface is getting difficult as the cluster size increases, resulting in the nanostructure such as cauliflower or granular structures.