• Journal of the Semiconductor & Display Technology
• /
• v.17 no.3
• /
• pp.31-35
• /
• 2018

Tungsten disulfide($WS_2$) thin films were directly deposited by direct-current(DC) sputtering and annealed by rapid thermal processing(RTP) to materialize two-dimensional p-type transition metal dichalcogenide (TMDC) thin films on soda-lime glass substrates without any complicated exfoliation/transfer process. $WS_2$ thin films deposited at various DC sputtering powers from 80 W to 160W were annealed at different temperatures from $400^{\circ}C$ to $550^{\circ}C$ considering the melting temperature of soda-lime glass. The optical microscope results showed the stable surface morphologies of the $WS_2$ thin films without any defects. The X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) results and the Hall measurement results showed stable binding energies of W and S and high carrier mobilities of $WS_2$ thin films.

• Journal of the Semiconductor & Display Technology
• /
• v.17 no.4
• /
• pp.32-36
• /
• 2018

For various oxygen($O_2$) to argon(Ar) gas ratio, aluminum-doped zinc oxide(AZO) films were deposited for 3 min at different duty ratio by changing reverse pulse times. As the duty ratio increased, the thickness of the AZO film decreased and the sheet resistance increased. It can be concluded that When sputtering AZO Thin film, oxygen interfered with sputtering. When the reverse time was increased, the thickness of AZO was proportional to the real sputtering time and decreased. From the optical transmittance and sheet resistance, it was possible to obtain a higher figure of merits of AZO at a lower reverse pulse time. Even at the short reversed pulse time, it can be concluded that the accumulated charges on the AZO target are completely cleared. At a lower reverse pulse time, pulsed-DC sputtering of AZO is expected to be used instead of DC sputtering in the deposition of transparent conductive oxide(TCO) films without any degradation in thickness and structural/electrical characteristics.

• Journal of the Semiconductor & Display Technology
• /
• v.21 no.3
• /
• pp.105-109
• /
• 2022

For the realization of higher reliable transition metal dichalcogenide layer, molybdenum disulfide was formed on sapphire substrate by direct current sputtering and subsequent rapid thermal annealing process. Unlike RF sputtered MoS₂ thin films, DC sputtered showed no irregular holes and protrusions after annealing process from scanning electron microscope images. From atomic force microscope results, it was possible to investigate that surface roughness of MoS₂ thin films were more dependent on DC sputtering power then annealing temperature. On the other hand, the Raman scattering spectra showed the dependency of significant E¹_2g and A¹_g peaks on annealing temperatures.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 2009.11a
• /
• pp.390-390
• /
• 2009

마그네트론 스퍼터링법을 이용하여 n-i-p 구조의 플렉서블 실리콘 박막태양전지용 ZnO/Ag 후면전극을 stainless steel 기판위에 제조하고 증착온도와 Ag 박막의 두께 변화에 따른 광학적 특성변화를 조사하였다. ZnO/Ag 구조의 후면전극은 RF와 DC 마그네트론 스퍼터링으로 Ag 금속 및 ZnO:Al($Al_2O_3$ 2.5%) 세라믹 타겟을 이용하여 각각 제조하였으며 증착온도는 상온 ${\sim}500^{\circ}C$로, Ag 박막두께는 100 ~ 500 nm로 변화시켰다. 증착조건 변화에 따라 제조된 후면전극의 표면거칠기 및 형상변화를 Atomic Force Mircroscope (AFM)와 Scanning electron miroscopy (SEM)으로 분석하였으며 이에 따른 반사도 변화를 UV-visible-nIR spectrometry 측정을 통하여 조사하였다. 증착온도가 증가함에 따라 Ag 박막의 표면 거칠기는 점차로 증가하였으며 증착된 후면전극의 반사도도 함께 증가함을 알 수 있었다. Ag 박막의 두께 변화에 따른 반사도 변화와 n-i-p 구조의 플렉서블 실리콘 박막태양전지에 미치는 영향을 조사하였다.

• Applied Microscopy
• /
• v.29 no.3
• /
• pp.265-274
• /
• 1999

The microstructure of Cu thin films in various deposition conditions was characterized. Cr films (50 nm thick) and Cu films (500 or 1000 nm thick) were deposited on polyimide films by DC magnetron sputtering. The Ar pressure during Cu deposition was controlled to 5, 50 and 100 mtorr. The microstructure was characterized using conventional and high resolution SEM and TEM. As sputtering pressure increases, open boundaries are observed more frequently. The Cu film deposited at 5 mtorr has a dense and uniform structure, while low-density regions or open boundaries between columns exist in the film deposited at higher pressure. As the film grows thicker, open boundaries are wider and the density of open boundaries are higher. The comparison between SEM and TEM show that the small features shown in high resolution SEM are grains. High resolution SEM is very effective to characterize the microstructure of the thin films. One column in the films deposited at 50 and 100 mtorr consists of several grains, which are smaller than those deposited at 5 mtorr.

• Proceedings of the Korea Crystallographic Association Conference
• /
• 2002.11a
• /
• pp.45-47
• /
• 2002

반도체 소자의 고집적화 및 고속화가 요구됨에 따라 MOSFET 구조의 게이트 절연막으로 사용되고 있는 SiO₂ 박막의 두께를 감소시키려는 노력이 이루어지고 있다. 0.1㎛ 이하의 소자를 위해서는 15Å 이하의 두께를 갖는 SiO₂가 요구된다. 하지만 두께감소는 절연체의 두께와 지수적인 관계가 있는 누설전류를 증가시킨다[1-3]. 따라서 같은 게이트 개패시턴스를 유지하면서 누설전류를 감소시키기 위해서는 높은 유전상수를 갖는 두꺼운 박막이 요구되는 것이다. 그러므로 약 25정도의 높은 유전상수를 갖고 5.2～7.8 eV 정도의 비교적 높은 bandgap을 갖으며, 실리콘과 열역학적으로 안정한 물질로 알려진 HfO2[4-5]가 최근 큰 관심을 끌고 있다. 본 연구에서는 HfO₂ 박막을 실제 소자에 적용하기 위하여 전극 및 열처리에 따른 HfO₂ 박막의 미세구조 및 전기적 특성에 관한 연구를 수행하였다. 이를 위해, HfO₂ 박막을 reactive DC magnetron sputtering 방법으로 증착하고, XRD, TEM, XPS를 사용하여 ZrO₂ 박막의 미세구조를 관찰하였으며, MOS 캐패시터 구조의 C-V 및 I-V 특성을 측정하여 HfO₂ 박막의 전기적 특성을 관찰하였다. HfO₂ 타겟을 스퍼터링하면 Ar 스퍼터링에 의해 에너지를 가진 산소가 기판에 스퍼터링되어 Si 기판과 반응하기 때문에 HfO₂ 박막 형성과 더불어 Si 기판이 산화된다[6]. 그래서 HfO₂같은 금속 산화물 타겟 대신에 순수 금속인 Hf 타겟을 사용하고 반응성 기체로 O₂를 유입시켜 타겟이나 시편위에서 high-k 산화물을 만들면 SiO/sub X/ 계면층을 제어할 수 있다. 이때 저유전율을 갖는 계면층은 증착과 열처리 과정에서 형성되고 특히 500℃ 이상에서 high-k/Si를 열처리하면 계면 SiO₂층은 증가하는 데, 이것은 산소가 HfO₂의 high-k 박막층을 뚫고 확산하여 Si 기판을 급속히 산화시키기 때문이다. 본 방법은 증착에 앞서 Si 표면을 희석된 HF를 이용해 자연 산화막과 오염원을 제거한 후 Hf 금속층과 HfO₂ 박막을 직류 스퍼터링으로 증착하였다. 우선 Hf 긍속층이 Ar 가스 만의 분위기에서 증착되고 난 후 공기중에 노출되지 않고 연속으로 Ar/O₂ 가스 혼합 분위기에서 반응 스퍼터링 방법으로 HfO₂를 형성하였다. 일반적으로 Si 기판의 표면 위에 자연적으로 생기는 비정질 자연 산화막의 두께는 10～15Å이다. 그러나 Hf을 증착한 후 단면 TEM으로 HfO₂/Si 계면을 관찰하면 자연 산화막이 Hf 환원으로 제거되기 때문에 비정질 SiO₂ 층은 관찰되지 않았다. 본 실험에서는 HfO2의 두께를 고정하고 Hf층의 두께를 변수로 한 게이트 stack의 물리적 특성을 살펴보았다. 선증착되는 Hf 금속층을 0, 10, 25Å의 두께 (TEM 기준으로 한 실제 물리적 두께) 로 증착시키고 미세구조를 관찰하였다. Fig. 1(a)에서 볼 수 있듯이 Hf 금속층의 두께가 0Å일때 13Å의 HfO₂를 반응성 스퍼터링 방법으로 증착하면 HfO₂와 Si 기판 사이에는 25Å의 계면층이 생기며, 이것은 Ar/O₂의 혼합 분위기에서의 스퍼터링으로 인한 Si-rich 산화막 또는 SiO₂ 박막일 것이다. Hf 금속층의 두께를 증가시키면 계면층의 성장은 억제되는데 25Å의 Hf 금속을 증착시키면 HfO₂ 계면층은 10Å미만으로 관찰된다. 그러므로 Hf 금속층이 충분히 얇으면 플라즈마내 산소 라디칼, 이온, 그리고 분자가 HfO₂ 층을 뚫고 Si 기판으로 확산되어 SiO₂의 계면층을 성장시키고 Hf 금속층이 두꺼우면 SiO/sub X/ 계면층을 환원시키면서 Si 기판으로의 산소의 확산은 막기 때문에 계면층의 성장은 억제된다. 따라서 HfO₂/Hf(Variable)/Si 계에서 HfO₂ 박막이 Si 기판위에 직접 증착되면, 순수 HfO₂ 박막의 두께보다 높은 CET값을 보이고 Hf 금속층의 두께를 증가시키면 CET는 급격하게 감소한다. 그러므로 HfO₂/Hf 박막의 유효 유전율은 단순 반응성 스퍼터링에 의해 형성된 HfO₂ 박막의 유전율보다 크다. Fig. 2에서 볼 수 있듯이 Hf 금속층이 너무 얇으면 계면층의 두께가 두꺼워 지고 Hf 금속층이 두꺼우면 HfO₂층의 물리적 두께가 두꺼워지므로 CET나 EOT 곡선은 U자 형태를 그린다. Fig. 3에서 Hf 10초 (THf=25Å) 에서 정전 용량이 최대가 되고 CET가 20Å 이상일 때는 high-k 두께를 제어해야 하지만 20Å 미만의 두께를 유지하려면 계면층의 두께를 제어해야 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2015.08a
• /
• pp.183-183
• /
• 2015

Indium tin oxide (ITO)는 넓은 밴드갭을 가지는 n-type의 축퇴 반도체로 태양전지, 스마트윈도우, 터치 센서, organic light emitting displays (OLEDs) 등에 널리 적용된다. 최근 touch screen panels (TSPs)의 높은 전기적 특성 및 고해상도 요구에 따라 고품질 ITO 박막개발의 수요도 증가하는 추세이다. 지금까지 ITO 박막의 물성 및 기계적 특성에 관한 많은 연구가 진행되어 왔지만 ITO 초박막 에서의 근본적인 물성 변화에 대한 연구는 미흡한 실정이므로, 이러한 연구는 필수적이라 할 수 있다. ITO 초박막은 광학적 특성은 우수하나, 낮은 결정성으로 인해 전기적 특성이 나쁘다는 단점을 가지며, 이러한 ITO 박막의 결정성은 초기 박막 성장과정에 많은 영향을 받는다. ITO 박막의 초기성장과정은 핵이 생성된 후(nucleation), 각각의 위치에서 성장하게 되고(growth), 합쳐지면서(coalescence) 연속적인 막을 형성 하는데(continuous), 이러한 초기 박막 성장 과정 중에 핵 생성 밀도를 증가시키고 박막이 연속적으로 되는 두께를 감소시킨다면, 더욱 더 고품질의 ITO 초박막을 얻을 수 있을 것이다. 따라서, 본 연구에서는 박막 초기 형성 과정 중 섬들이 합체되는 두께를 최소화시키기 위하여 EMF(electromagnetic field strength) 시스템을 이용하였다. EMF 시스템은 DC 캐소드에 전자석 코일을 장착하여 전자기장을 추가로 부가한 것으로, 이를 이용할 경우 스퍼터 원자가 중성상태로 기판에 도달하는 것이 아니라, 이온화되어 Vp-Vf의 차이로 가속되어 추가적인 에너지를 공급받음으로써 기판표면상에서 확산을 촉진시키므로 박막이 연속적으로 되는 임계 두께를 감소시킬 수 있는 것으로 기대된다. 실험은 실온에서 DC 마그네트론 스퍼터링법을 이용하였으며, 유리기판위에 4, 6, 8, 10, 12, 20 nm의 두께로 ITO 박막을 제작하였다. 스퍼터링 파워는 150 W (3.29 W/cm3), 작업 압력은 0.13 Pa, 기판과 타깃 사이의 거리는 70 mm였다. 각각의 두께에서 EMF 파워 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30 W로 인가하여 박막을 제작한 후, EMF 파워에 따른 ITO 박막의 초기 성장 과정중 표면상태를 AFM (atomic force microscope) 이미지를 통하여 관찰하였다. 또한, 두께 약 8 nm에서와 20 nm일 때의 전기적 특성 및 광학적 특성을 관찰하였으며, 두 박막 모두 EMF 파워 15 W를 인가하였을 때 그 특성이 가장 향상되는 것을 확인하였다. 이러한 결과를 통하여 박막은 초기 성장이 중요하므로, 매우 얇은 두께에서 좋은 특성을 가진 박막을 제작하여야 박막의 두께를 증가시켰을 때도 좋은 특성의 막을 얻을 수 있음을 알 수 있었다. 또한, EMF 파워를 증가시킴에 따라 자장강도를 증가시키는 것과 같은 효과 즉, 플라즈마 임피던스가 감소하는 효과를 내어 증착 중 고 에너지 입자 (Ar0, O-)에 의한 박막손상이 감소한 것으로 판단된다. 따라서 적정 EMF 파워 15 W를 인가하였을때 가장 물성이 좋은 ITO 박막을 얻을 수 있었다. 즉, EMF 시스템을 이용하여 저온 공정에서 결함농도가 적은 고품질의 ITO 초박막을 제작할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2016.02a
• /
• pp.182.2-182.2
• /
• 2016

Hollow cathode discharge(중공 음극)는 음극 표면에서 발생되는 2차 전자를 이용하여 높은 밀도의 플라즈마를 만들 수 있는 장점이 있다. 전원으로 microwave, RF, DC, pulsed dc등을 사용할 수 있으며 박막의 증착, 식각 등에 응용 가능하다. 물리적 현상으로는 중공 음극 재료 표면 물질의 가열 및 이온 스퍼터링, 2차 전자의 가열, 자기장 인가 구조의 경우 전자 거동이 있다. PIC(particle-in-cell)방식의 모델링과 fluid model을 이용한 방법이 있는데 본 연구에서는 상용 fluid model software인 ESI사의 CFD-ACE+를 사용하여 모델링 하였다. 구동 주파수는 13.56 MHz의 상용 고주파 전원과 보다 낮은 1 MHz, 100 kHz의 수치 모델을 이용하여 HF, MF, LF 영역에서의 동작 특성을 해석하였다. 1차적으로는 가스 유동의 특성을 2D, 3D로 조사하였고 플라즈마 거동은 2차원을 주로 진행하였으며 계산 시간이 오래 거리는 3차원 모델을 하나 만들어 그 특성을 조사하였다.

• The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
• /
• v.56 no.4
• /
• pp.751-755
• /
• 2007

We have studied the variable conditions of reactive sputtering to prepare AM thin film. The leakage current showed below $10^{-9}A/cm^2$ at the deposition temperature of $250^{\circ}C\;and\;300^{\circ}C$ in the field of 0.1 MV/cm, and it was gradually increased and to be saturated in 0.2 MV/cm. The C-V characteristics of the above mentioned deposition temperature conditions showed a deep depletion phenomenon at inversion region. The C-V characteristics showed similarly under the DC power conditions of 100 and 150 W but were degraded at 200W. When the DC power was 100, 200, and 300 W the dielectric breakdown phenomenon was shown in 2.8, 3.2 and 5.2 MV/cm, respectively. It was found that AIN film was dominated by Poole-Frenkel conduction mechanism.

• Journal of the Korean Ceramic Society
• /
• v.43 no.3 s.286
• /
• pp.185-192
• /
• 2006

The effects of annealing on structural and electrical properties of ITO/PES (Indium Tin Oxide/Polyethersulfone) films was investigated. Amorphous ITO thin films were grown on plastic substrates, PES using low temperature DC magnetron sputtering. Various post annealing techniques were attempted to research variations of microstructure and electrical properties: i) conventional thermal annealing, ii) excimer laser annealing, iii) UV irradiation. The electrical properties were obtained using Hall effect measurements and DC 4-point resistance measurement. The microstructural features were characterized by FESEM, XRD, Raman spectroscopy in terms of morphology and crystallinity. Optimized UV treatment exhibits the enhanced conductivity and crystallinity, compared to those of conventional thermal annealing.