• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2000년도 제18회 학술발표회 논문개요집
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• pp.68-68
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• 2000

펄스레이저 증착법(이하 PLD)을 이용하여 마이크로파 유전체 소자 및 절연 산화막으로의 응용을 위한 MgTiO3 박막을 다양한 기판상에서 증착하였다. 사파이어 기판에 (a,c-plane Al2O3) 성장된 MgTiO3 박막은 에피텍셜 성장(epitaxial growth)이 되었으며, SiO2/Si 및 Pt/Ti/Si 기판위세 성장된 MgTiO3 박막의 경우 003방향으로 배향(oriented) 되었다. MgTiO3 박막은 450~75$0^{\circ}C$까지 기판온도를 변화시키면서 증착시켰으며, 증착시 산소분압은 50~200 mTorr로 변화시켰다. PLD 증착시 타켓에 조사된 레이저 에너지 밀도는 약 2J/cm2였으며, MgTiO3 박막 증착후 200Torr O2 분위기에서 상온까지 1$0^{\circ}C$/min 의 속도로 냉각시켰다. 사파이어 c-plane 상에서 일머나잇(ilminite) MgTiO3 구조가 55$0^{\circ}C$ 에피텍셜 성장하는 것을 관찰할 수 있었으며, 사파이어 a-plane 상에서는 MgTiO3 구조가 $650^{\circ}C$ 이상부터 110방향으로 배향되며 성장하였다. $600^{\circ}C$ 이상에서 c-축으로 배향된 구조를 갖고 있었다. 증착된 MgTiO3 박막의 조성분석(stoichio metric analysis)을 위해 RBS 분석을 수행하여, 증착에 이용된 타켓과 동일한 조성을 갖는 MgTiO3 박막이 성장된 것을 확인할 수 있었다. 사파이어 기판상에 증착된 MgTiO3 박막은 가시영역에서 투명하였으며, 약 270nm 파장을 갖는 영역에서 급격한 흡수단을 보였다. 이때의 MgTiO3 박막은 AFM 분석을 통해 약 0.87mn rms roughness 값을 갖는 매우 평탄한 표면구조를 갖고 있는 것을 확인하였다. MIM(Pt/MgTiO3/Pt) 구조의 캐패시터를 형성시켜 MgTiO3 박막의 유전특성(dielectric properties)을 관찰하였다. PLD로 성장된 MgTiO3 박막의 유전율(relative dielectric constant)은 약 22였으며, 1MHz에서 약 1.5%의 유전손실(dielectirc loss) 값을 보였다. 또한 이때 MgTiO3 박막은 낮은 유전분산값을 보였다.

• 한국진공학회지
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• 제9권2호
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• pp.144-149
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• 2000

Cu(4.5at.% Mg) target을 이용하여 sputtering에 의해 증착된 Cu(Mg) alloy박막의 열처리시 형성되는 산화 방지막 MgO의 박막 특성에 영향을 주는 인자에 대해 살펴보았다. MgO 박막의 산화방지 능력 및 막질에 영향을 주는 인자로는 열처리 온도, $O_2$ 압력, Mg 농도 등으로 나타났다. MgO 박막의 두께는 열처리 온도가 증가함에 따라 증가하다 $500^{\circ}C$ 이상에서는 150 $\AA$ 정도의 성장한계두께를 나타내었다. 표면에 형성되는 MgO 박막은 $O_2$압력이 낮을수록, Mg의 농도가 높을수록 치밀한 MgO가 형성되어 산화방지에 우수한 특성을 보였으며 전 열처리 과정인 진공 열처리 공정은 1at.%정도의 낮은 Mg 농도에서도 치밀한 MgO형성에 매우 효과적임이 확인되었다. 본 연구에서 Cu(Mg) alloy박막의 열처리를 통해 낮은 저항의 Cu박막의 형성과 동시에 산화방지에 우수한 특성을 보이는 MgO 박막을 열처리 온도, $O_2$ 압력, Mg 농도 등의 최적조건을 이용하여 얻어질 수 있음을 확인하였다.

• 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 1999년도 제17회 학술발표회 논문개요집
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• pp.86-86
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• 1999

본 연구에서는 마이크로파 유전체 소자로서의 응용 및 절연 산화막으로의 응용을 위해 마이크로파 유전체 세라믹으로 사용되어 온 MgTiO3 물질을 펄스 레이저로 박막을 제조하였다. MgTiO3 는 주로 고주파에서 높은 유전율을 갖고 높은 품질계수 (22.000 at 5 GHz) 혹은 낮은 유전손실을 갖으며 유전특성의 온도 안정성이 우수하여 유전체 세라믹 재료로 응용된다. MgTiO3 박막의 성장은 KrF(파장:248nm) 엑시머 레이저를 이용했으며 공정조건으로 박막의 성장온도는 500-75$0^{\circ}C$, 산소 압력은 10-5-200mTorr, 성장 후 냉각시 산소분위기는 200Torr, 레이저 에너지 밀도는 1.5-5J/cm2 등의 조건으로 박막을 성장하였다. MgTiO3 박막을 여러 가지 기판, 즉 Al2O3(r-plane), Si, Pt 위에 성장시켰으며 기판에 따라 에픽텍셜 혹은 다결정 상태를 갖는 ilmenite 구조로 성장되었다. PLD(Pulsed laser deposition)법에 의해 형성된 MgTiO3 박막을 보면, 우선 Al2O3(r-plane) 기판위에 성장된 경우 $700^{\circ}C$에서 에픽텍셜하게 성장하였으며, Si 기판 위에 성장된 경우 $650^{\circ}C$에서부터 (003)면으로 우선 배향된 단일상의 ilmenite 구조가 형성된다. Ptdnl에 성장된 경우 $600^{\circ}C$에서부터 (003)면으로 우선배향성을 가지며 $650^{\circ}C$에서 결정의 안정화를 이루었으나, MgTiO3 박막은 전기적 특성으로 유전특성 및 유전분산 특성 등이 측정 분석되어 MgTiO3 박막의 고주파 유전체로의 응용에 관한 가능성을 토의하였다.

• 한국세라믹학회지
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• 제39권12호
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• pp.1171-1176
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• 2002

MgO 박막은 성장용 기판 또는 완충층으로 이용되고 있으며, 근래에는 AC PDP의 유전체 보호막으로써 그 활용도가 넓어지고 있다. 본 연구에서는 전자빔증착법에 의해 MgO 박막을 증착시켜 증착변수에 따른 MgO 박막의 성장특성을 연구하였다. 실험은 증착기판, 증착속도, 기판온도 등의 변화에 따른 MgO 박막의 우선배향성, 표면형상을 통하여 MgO 박막의 물성을 알아보았다. 실험결과, Si 기판에서는 증착속도가 빠를수록 (111)우선배향된 박막을 얻을 수 있었고, 기판온도가 상온일때는 (200)에서 기판온도가 증가할수록 (220)의 peak이 관찰되었다. 비정질인 slide galss 기판일 경우에는 상온에서 MgO 박막의 (200)면의 우선배향을 얻을수 있었고, 온도에 의해 배향성이 (200)면에서 (111)면으로 바뀌는 것을 알 수 있었다. 또한 MgO 박막의 배향성과 특성에 대한 관계를 조사하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.408-408
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• 2010

현재 AC-PDP에서는 이온 sputtering 으로부터 유전층을 보호하기 위하여 유전체 위에 MgO 박막을 증착하여 사용하고 있으며 MgO 박막은 높은 2차 전자 방출 계수와 내 sputtering 특성을 가지고 있다. MgO 박막은 증착 조건에 따라 각각 다른 방전특성을 가지는 것으로 널리 알려져 있어 본 실험에서는 MgO 박막을 증착하는데 사용하는 pellet의 크기를 변화시켜가면서 MgO박막을 증착하여 그에 따른 방전특성을 고찰해 보았다. 각각의 MgO pellet의 크기는 1.5, 0.5 mm 와 60 um이며, 기존의 MgO pellet의 크기는 6 mm 이다. MgO pellet 을 E-beam evaporation 방법으로 증착하여 최적화된 test panel을 제작하였다. 제작된 test panel의 방전 전압 특성을 측정하였으며, 실험 결과 AC-PDP의 면방전 구동 시 MgO pellet의 크기가 작아짐에 따라 방전 개시 전압과 방전 유지 전압이 약 11 %, 16 % 감소하였다. 그러나 MgO pellet의 크기가 60 um 경우의 방전 개시 전압은 MgO pellet의 크기가 0.5 경우의 방전 개시 전압과 차이가 없었다. 이는 MgO 증착시에 사용되는 pellet은 적정의 크기가 있는 것으로 보인다.

• 한국진공학회지
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• 제9권3호
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• pp.227-232
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• 2000

광소자와 마이크로파 유전체 소자 및 절연 산화막으로의 응용을 위한 $MgTiO_3$ 박막을 펄스레이저 증착법을 이용하여 다양한 기판 위에서 증착하였다. 사파이어 기판에(c-plane Sapphire) 성장된 $MgTiO_3$ 박막은 에피텍셜 성장(epitaxial growth)이 되었으며, $SiO_2$/Si 및 Pt/Ti/$SiO_2$/Si(plantinzed silicon)기판 위에 성장된 $MgTiO_3$ 박막의 경우, 기판과 관계없이 c축 방향으로 배향(oriented)되었다. 사파이어 기판 위에 증착된 $MgTiO_3$ 박막은 가시영역에서 투명하였으며, 약 290 nm 파장을 갖는 영역에서 급격한 흡수단을 보였다. 사파이어 기판 위에 성장된 박막의 AM(Atomic Force Microscopy)분석결과 약 0.87 nm rms roughness 값을 갖는 매우 평탄한 표면상태를 갖고 있음을 확인하였다. MIM(Pt/$MgTiO_3$/Pt) 구조의 캐패시터를 형성시켜 $MgTiO_3$박막의 유전특성 (dielectric properties)을 관찰하였는데, 펄스레이저 증착법으로 성장된 $MgTiO_3$ 박막의 유전율(relative dielectric constant)은 약 24.5였으며, 1 MHz에서 약 1.5%의 유전손실(dielectric loss) 값을 보였다. 또한 이때 $MgTiO_3$박막은 낮은 유전분산을 보였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2007년도 하계학술대회 논문집 Vol.8
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• pp.178-178
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• 2007

II-VI의 넓은 밴드갭 (3.37 eV)을 가지는 ZnO는 solar cells, transparent conductive electrodes, ultraviolet light emitters, and chemical sensors 등에 응용되고 있다. 특히 고효율 ZnO계 발광 소자 구현을 위하여 MgO (7.7eV), CdO (2.0eV) 등의 고용을 통한 밴드갭을 엔지니어링 하며, 단파장 영역의 광원을 확보하기 위하여 MgO 첨가를 통한 밴드갭 에너지를 증가시키는 방향으로의 연구가 활발하다. 그러나 ZnO의 wurtzite 구조와 MgO의 rocksalt 구조의 상이한 결정구조로 인하여 Mg의 고용한계는 4 at. %, 4.1 eV 알려져 있다. 본 실험에서는 p-type Si (100), c-sapphire (0002)과 GaN 기판 위에 MgO (99.999 %)와 ZnO (99.999 %) 두가지 타겟을 사용하여 RF co-스퍼터링법으로 ZnMgO 박막을 증착 하였다. 이때 ZnO 타겟의 power 밀도는 고정 시키고 MgO 타겟의 power 밀도를 변화 시키며 Mg의 함량을 조절하여 그에 따른 광학적 구조적 특성의 변화를 연구 하였다. 성장된 ZnMgO 박막은 MgO 타겟의 power 밀도가 증가할 때 Mg의 함량이 10 at. %까지 증가 하며, 그에 따른 표면의 거칠기 및 입계 크기가 감소하며, 박막의 성장속도 또한 감소함을 SEM과 AFM을 통하여 알 수 있었다. XRD를 동하여 ZnMgO 박막의 (0002) peak의 위치는 $34.50^{\circ}{\sim}34.7^{\circ}$로 오른쪽으로 이동하며, c-축으로 성장하였음을 알 수 있다. PL과 UV룰 동하여, Mg의 함량이 증가 할수록 박막의 밴드갭 에너지는 3.2 eV에서 4.1 eV 로 증가하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2006년도 추계학술대회 논문집 Vol.19
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• pp.153-153
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• 2006

ZnO 박막은 II-VI족 화합물 반도체로서 상온에서 3.37eV 의 넓은 밴드갭을 가지고 있을 뿐만 아니라 GaN(28meV) 보다 상온에서 큰 엑시톤 결합 에너지(60meV)와 열 안정성을 가지고 있다. 특히 ZnO를 base로 한 2차원의 화합물 (MgZnO, CdZnO 그리고 MgO) 반도체 물질은 UV LED, 생 화학 센서와 투명전극 등으로 응용이 가능하다. ZnO/MgZnO 양자우울 구조의 양자제한 효과로 인한 엑시톤 결합에너지와 전기적 광학적 특성 향상으로 광전자 소 자 제작이 가능하다. 그렇지만, Zn-Mg 상평형도에서 ZnO 내에 Mg 고용도가 상온에서 열역학적으로 4at% 이하 이고, 또한 ZnO와 MgO는 각각 우르짜이트 구조와 면심입방 구조를 가지기 때문에 Mg 함량용 높이는데 어려움이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 열처리를 함으로써 MgZnO 박막 내에 Mg 함량의 증가와 결정성 향상으로 고품질의 광전자 소자 제작을 가능하게 했다. 본 실험에서는 RF 마그네트론 스퍼터링 장비로 MgZnO 박막 성장 후 Si 기판위에 성장된 박막의 결정성 향상과 MgZnO 내의 Mg 함량 변화를 관찰하기 위해 성장된 박막에 대한 열처리 효과를 연구 하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2006년도 추계학술대회 논문집 Vol.19
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• pp.65-65
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• 2006

ZnO 박막은 II-VI족 화합물 반도체로서 상온에서 3.37eV의 넓은 밴드갭을 가지고 있을 뿐만 아니라 GaN(28meV) 보다 상온에서 큰 엑시톤 결합 에너지(60meV)와 열 안정성을 가지고 있다. 특히 ZnO를 base로 한 2차원의 화합물 (MgZnO, CdZnO 그리고 MgO) 반도체 물질은 UV LED, 생 화학 센서와 투명전극 등으로 응용이 가능하다. ZnO/MgZnO 양자우물 구조의 양자제한 효과로 인한 엑시톤 결합에너지와 전기적 광학적 특성 향상으로 광전자 소 자 제작이 가능하다. 그렇지만, Zn-Mg 상평형도에서 ZnO 내에 Mg 고용도가 상온에서 열역학적으로 4at% 이하 이고, 또한 ZnO와 MgO는 각각 우르짜이트 구조와 면심입방 구조를 가지기 때문에 Mg 함량을 높이는데 어려움이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 열처리를 함으로써 MgZnO 박막 내에 Mg 함량의 증가와 결정성 향상으로 고품질의 광전자 소자 제작을 가능하게 했다. 본 실험에서는 RF 마그네트론 스퍼터링 장비로 MgZnO 박막 성장 후 Si 기판위에 성장된 박막의 결정성 향상과 MgZnO 내의 Mg 함량 변화를 관찰하기 위해 성장된 박막에 대한 열처리 효과를 연구 하였다.