• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1998.02a
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• pp.110-110
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• 1998

GaN는 직접천이형 에너지 캡을 가지며 In과 화합물을 형성할 경우 1.geV-3.4eV까지 다양한 에너지 캡을 가지므로 청색 발광소자 고출력소자 고온 전자소자둥 웅용성이 많 은 물절로서 각광을 받고 있다. 그러나 G랴‘에 적합한 기판이 없다는 문제점으로 인하여 F FET, LD와 같은 다양한 구조의 웅용에 제 약이 따랐다. 이에 본 연구에서는 RF(radio frequency) Plasma-Assisted MBE( molecular beam e epitaxy )를 이용하여 InxGaj xN/G암J 양자우물 구조를 성장하였다. 이렇게 성장된 I InxGaj xN 박막과 InxGaj xN/GaN 양자우물구조의 특성의 분석은 광학적 특성올 PL( p photoluminescence ) , 결 정 성 의 분석 은 XRD ( x-ray diffraction ), 표면 과 단변 의 계 변 특성은 SEM(scanning electron microscopy)을 이용하여 분석하였다. 저온 PL의 측정결 과 기판온도를 680$^{\circ}$C로 고정한 후 In cell의 온도를 650$^{\circ}$C에서 775$^{\circ}$C까지 증가함에 따라 I InxGaj xN에 관계된 피크위치가 약3이neV정도 red shift 함을 관찰할 수 있었다. 한편 I InxGaj xN/GaN 양자우물구조의 경우 PL피크가 3.2없eV로써 InxGaj- xN의 PL 피크에 비 해 에서 약 25me V 고에너지 이동이 관측되었으며 이것은 우불 내에서 에너지레벨의 c confinement효과에 의해 에너지의 변화에 의한 것엄올 확인하였으며, 양자우물 구조에서 우물의 두께를 줄임에 따라 변화 폭은 1이neV정도 고에너지 이동을 관찰할 수 있었다. X XRD 측정의 결과 In의 mole fraction에 따라 격자상수의 변화를 관찰하였으며, 결정 성의 변화를 피크의 세기로 관찰하였다 .. XRD로 판단한 In의 mole fraction은 0.2임을 알 았다 .. SEM 측정은 표변과 단면의 측정으로서 표연특성과 단면의 특성을 InxGaj xN, I InxGaj xN/GaN 양자우물 구조 모두 알아보았다. 측정 결과 InxGaj-xN의 성 장조건으로 기판온도가 낮아지면서 표면의 거칠기 정도가 증가하였으며,680$^{\circ}$C의 기판온도에서 성장 한 양자우물 구조에 있어서 매끄라운 표면올 얻올 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1998.02a
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• pp.132-132
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• 1998

Ion bombardment in the keV range is known to induce drastic chemical modifications in organic and inoranic molecular comppounds. A degrading effects in orgainc materials such as the release of ppolymer compponents and the chemistry of the iradiation pprocess have been observed. The work to be described was carried out in order to understand the irradiation effect better. The sampple(ppolyimide : Kappton ) Were irradiated by Ar+, Ne+, H+ ions and electrons (3 keV) to fluence ranging from ~1$\times$1015 to ~1$\times$1017 ions/$cm^2$ at room tempperature. The impplant was usually rastered over an area of a few $cm^2$ . These ion impplantation were carried out in an electron sppectrometer ESCA 5700 (ppHI Ltd) at a residual gas ppressure of ~5$\times$10-10 Torr. X-ray pphotoelectron sppectroscoppy(XppS) measurements were made using a monochromatized Al Kａ(1486.6 eV) excitation source. The pphotoemitted electrons were detected by hemisppherical analyser with a ppass energy of 23.5 eV. Core-level binding energies were referenced to the Fermi level. To avoid the charging effect it was used the neutralizer. We studied the irradiation effects on ppolyimide with Ar+, Ne+, He+ ions and electrons by XppS which 추 pprovide detailed information concerning the bonding-induced changes.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.136-136
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• 2011

AlSb는 광전자 소자응용에 매우 유용한 재료이며 이를 이용한 반도체소자 설계 및 밴드갭 엔지니어링을 위해서는 화합물 반도체의 전자밴드구조를 포함한 광학적 특성이 반드시 요구된다. 본 연구는 이러한 요구의 해결방안으로서 AlSb 화합물의 유전함수 온도의존성을 0.7~5.0 eV의 에너지 영역에서 타원편광분석법을 이용하여 분석하였다. AlSb는 산소와 급격히 반응하기 때문에, 대기 중에서 물질 고유의 광특성이 유지되기 어려울 뿐만 아니라, 박막 위에 생성되는 산화막 때문에 순수한 AlSb의 유전함수 측정이 불가능하다. 따라서 박막의 산화 효과를 최소화하기 위하여 초고진공 상태의 molecular beam epitaxy 챔버 안에서 800 K의 온도로 성장한 1.5 ${\mu}m$ 두께의 AlSb 박막을 상온 300 K 까지 온도를 단계적으로 변화시켜가며 타원편광분석기를 이용하여 실시간으로 측정하였다. 각 온도에서 측정된 AlSb의 유전함수를 2차 미분하여 전이점(critical point)을 분석한 결과 $E_0$, $E_0+{\Delta}_0$, $E_1$, $E_1+{\Delta}_1$, $E_0'$, $E_0'+{\Delta}_0'$, $E_2$, $E_2+{\Delta}_2$에 해당하는 각 전이점들의 온도 의존성을 확인할 수 있었다. 실험에서 측정된 특정 온도를 포함하여 임의의 온도에서의 AlSb의 유전함수를 유도하기 위하여 변수화모델을 사용하였고 이를 통하여 각 변수들의 온도 의존 궤적을 분석하였다. 2차 미분법을 이용한 전이점들의 온도의존성 분석결과를 기준으로 변수화 모델링을 진행하였으며 그 결과 각 온도에서 실제 유전함수와 근소한 차이를 갖는 AlSb의 유전함수 모델을 만들 수 있었다. 따라서 본 연구결과는 반도체 물성에 대한 학술적 측면뿐 아니라 고온에서의 소자공정 실시간 모니터링 및 반도체 소자 설계 등의 산업적 측면에서 매우 유용하게 사용될 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.59-59
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• 2011

We will report atomically sharp epitaxial growth of $Bi_2Se_3$ three-dimensional topological insulator films on Si(111) substrate with molecular beam epitaxy (MBE). It was achieved by employing two step growth temperatures to prevent any formation of second phase, like as $SiSe_2$ clusters, between $Bi_2Se_3$ and Si substrate at the early stage of growth. The growth rate was determined completely by Bi flux and the Bi:Se flux ratio was kept ~1:15. The second-phase-free atomically sharp interface was verified by RHEED, TEM and XRD. Based on the RHEED analysis, the lattice constant of $Bi_2Se_3$ relaxed to its bulk value during the first quintuple layer implying the absence of strain from the substrate. Single-crystalline XRD peaks of $Bi_2Se_3$ were observed in films as thin as 4 QL. TEM shows full epitaxial structure of $Bi_2Se_3$ film down to the first quintuple layer without any second phases. This growth method was used to grow high quality epitaxial $Bi_2Se_3$ films from 3 QL to 3600 QL. The magneto-transport properties of these thin films show a robust 2D surface state which is thickness independent.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.325-325
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• 2012

1차원구속 반도체인 nanowires (NWs)는 전기적, 광학적으로 일반 bulk구조와 다른 특성을 가지고 있어서 현재 많은 연구가 되고 있다. 일반적으로 NWs는 Au 등의 금속 촉매를 이용하여 성장을 하게 되는데 이때 촉매가 오염물로 작용을 해서 결함을 만들어서 bandgap내에 defect level을 형성하게 된다. 본 연구는 Si (111) 기판 위에 GaAs NWs 와 InAs NWs를 촉매를 이용하지 않고 성장 하였다. vapour-liquid-solid (VLS)방법으로 성장하는 GaAs NWs는 Ga의 droplet을 이용하게 되는데 Ga이 Si 기판위에 자연 산화막에 존재하는 핀홀(pinhole)로 이동하여 1차적으로 Ga droplet 형성하고 이후 공급되는 Ga과 As은 SiO2 보다 GaAs와 sticking coefficient 가 좋기 때문에 Ga drolept을 중심으로 빠른 선택적 성장을 하게 되면서 NWs로 성장을 하게 된다. 반면에 InAs NWs를 성장 할 시에 droplet 방법으로 성장을 하게 되면 NWs가 아닌 박막 형태로 성장을 하게 되는데 이것으로 InAs과 GaAs의 $SiO_2$와의 sticking coefficient 의 차이를 추측을 할 수 있다. InAs NWs는 GaAs NWs는 달리 native oxide를 이용하지 않고 InAs 과 Si 사이의 11.5%의 큰 lattice mismatch를 이용한다. 이종의 epitaxy 방법에는 크게 3종류 (Frank-van der Merwe mode, Stranski-Krastanov mode, Volmer-Weber mode)가 있는데 각기 다른 adatom 과 surface의 adhesive force로 나누어지게 된다. 이 중 Volmer-Weber mode epitaxy는 adatom 의 cohesive force가 surface와의 adhesive force보다 큰 경우 성장 되는 방식으로 InAs NWs 는 이 방식을 이용한다. 즉 droplet을 이용하지 않는 vapour-solid (VS) 방법으로 성장을 하였다. 이 때 In 의 migration을 억제하기 위해서 VLS mode 의 GaAs NWs 보다 As의 공급을 10배 이상 하였다. FE-SEM 분석 결과 GaAs NWs는 Ga droplet을 확인 할 수 있었고 InAs NWs는 droplet이 존재하지 않았다. GaAs와 InAs NW는 density와 length가 V/III가 높을수록 증가 하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.78-78
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• 2011

수열합성법을 이용하여 Si(111) 기판에 ZnO 박막을 성장하였다. ZnO 박막의 성장을 위한 씨앗층은 plasma-assisted molecular beam epitaxy (PA-MBE)를 이용하였다. 씨앗층의 표면 거칠기(root-mean-square roughness)는 2.5 nm이고, 씨앗층 위에 성장된 ZnO 박막은 다양한 크기의 입자들로 이루어져 있었으며 두께는 약 $1.8{\mu}m$로 매우 일정하였다. 배향성을 알아보기 위하여 texture coefficient (TC)를 계산해 보았다. TC(100)과 TC(200)은 a-축 배향성을, TC(002)는 c-축 배향성을 나타내는데, c-축으로 더 우세한 배향성(99.5%)을 보였다. TC 비율(TCa-axis/TCc-axis)은 열처리 온도를 $700^{\circ}C$까지 올렸을 때, 점차적으로 증가하였고, 그 이상의 열처리 온도(< $900^{\circ}C$)에서는 급격히 감소하였다. 잔류응력과 Zn와 O의 bond length도 유사한 경향을 보였다. $700^{\circ}C$까지 열처리 온도가 증가함에 따라, 잔류응력은 증가하였고 bond length는 감소하였다. Near-band-edge emission (NBE)의 피크 강도는 열처리 온도가 $700^{\circ}C$까지 증가함에 따라 점차적으로 증가하였다. 열처리 온도가 $800^{\circ}C$ 이상 증가함에 따라 deep-level emission (DLE)가 적색편이(red-shift)하였다. $700^{\circ}C$로 열처리를 한 ZnO 박막이 가장 우세한 (002)방향의 배향성을 보였을 뿐만 아니라 가장 큰 발광효율 증가를 보였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.155-155
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• 2011

반도체 양자링은 양자점과 같이 효율이 높은 광학 소자 및 전자 소자에 응용 가능할 뿐 아니라, 양자점과는 다른 흥미로운 현상 연구가 가능하기 때문에 지속적으로 연구되고 있는 양자 구조이다. 특히, 반도체 양자링은 다양한 양자 구조를 형성하기 위한 기초 구조로 사용될 수 있으므로, 반도체 양자링 구조의 형성 메카니즘을 연구하는 것 또한 중요하다. 본 연구에서는 Molecular Beam Epitaxy (MBE)를 이용하여 N-type (100) GaAs 기판 위에 GaAs 양자 구조를 형성하였다. As4 분압의 영향, 즉 3-5 ratio가 표면 양자 구조 변화에 미치는 영향을 관찰하기 위해 3족과 5족을 분리하여 성장하는 전형적인 성장 방식인, droplet epitaxy mode를 사용하였다. 성장 온도, Ga metal droplet 밀도 등의 조건을 고정하고 Arsenic 분압을 1e-5 torr부터 3e-8 torr로 감소시켰을 때 표면 이미지를 AFM과 SEM으로 관찰하였다. As4 분압이 1e-5 torr일 때 양자점의 표면 형상을 보여주다가 As4 분압을 줄여갈수록 양자점의 크기가 증가하면서 As4 분압 1e-6 torr에서는 SEM 이미지 상으로도 분명한 양자링을 관찰할 수 있었다. 특히 주목할 것은 As4 분압 1e-6 torr에서 더 줄여갈수록 양자링 중앙 부분의 낮은 부분이 점점 넓어졌다는 점이다. 이것은 As4 분압 1e-6 torr 이상의 조건이 As4와 Ga atom이 결합하여 GaAs 양자점을 형성하는데 적절한 3-5 ratio의 조건인 반면, 그보다 적은 As4 분압에서는 As4와 결합하지 못한 Ga atom의 표면 migration에 의한 driving force로 인해 양자링이 형성되었다고 추측할 수 있다. 이렇게 형성된 양자링을 열처리 후 macro-PL 측정을 통해 광학적 특성을 보고자 하였다. 그 결과 같은 조건에서 열처리되어 PL 측정한 양자점의 에너지에 비해 peak position이 blue shift한 것을 볼 수 있었다. 이것은 As4를 제외한 같은 조건에서 성장된 양자 구조에서 양자링의 경우 양자점에 비해 그 높이가 낮음을 추측해 볼 수 있다. 양자 구조의 모양과 광학 특성의 관계를 밝히기 위해 추후 추가 측정 및 분석이 필요할 것이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.152-152
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• 2011

Silicon 기반의 환경에서 연구 및 제조되는 전자소자는 반도체의 기술이 발전함에 따라 chip 선폭의 크기가 30 nm에서 20 nm, 그리고 그 이하의 크기로 점점 더 작아지는 요구에 직면하고 있다. 탄소나노 구조와 나노와이어 기술이 Silicon을 대신할 다음세대 기술로 주목받고 있다. 많은 연구결과들 중에서 III-V CMOS가 가장 빠른 접근 방법이라 예상한다. III-V족 물질을 이용하면 electron 보다 수십 배 이상의 이동도를 얻을 수 있으나 p-type의 구조를 구현하는 것이 해결해야 할 문제이다. p-type 3-5 족 화합물을 이용하여 에너지 밴드 갭의 변화를 가능하게 한다면 hole의 이동도를 크게 향상시킬 수 있어 silicon 기반의 p-type 소자보다 2~3배 더 빠른 소자의 구현이 가능하다. 3-5족 화합물 반도체의 성장 기술이 많이 진보되어 이를 이용하여 고속 소자를 구현한다면 시기적으로 더욱 빨리 다가올 것이라 예측한다. 에너지 밴드갭의 변화와 격자 부정합을 고려하여 SI InP 기판에 GaSb 물질을 채널로 사용한 p-type 2-dimensional hole gas (2DHG) 소자를 구현하였다. 관찰된 소자 구조의 박막 상태의 특징을 보이며 10 um ${\times}$ 10 um AFM 측정결과 1 nm 이하의 표면 거칠기를 가지며 상온에서의 hole 이동도는 약 650 cm2/Vs이고 sheet carrier density는 $5{\times}1012$ /cm2의 결과를 확인하였다. 실험결과 InP 기판위에 채널로 사용된 GaSb 박막을 올리는데 있어 가장 중요한 것은 Phosphorus, Arsenic, 그리고 Antimony 물질의 양과 이들의 변화시간의 조절이다. 본 발표에서 Semi-insulating InP 기판위에 electron이 아닌 hole을 반송자로 이용한 차세대 고속 전자소자를 구현하고자 하여 MBE (Molecular Beam Epitaxy)로 p-type 소자를 구현하여 실험하였다. 아울러 더욱 빠른 소자의 구현을 위하여 세계의 유수 그룹들의 연구 결과들과 앞으로 예상되는 고속 소자에 대해서 비교와 함께 많은 기술에 대해 논의하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.332-332
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• 2012

분자선 에피탁시(molecular beam epitaxy)를 이용하여 GaAs 기판에 성장한 InAs 양자점(QDs: quantum dots)은 성장 온도, 압력, As/In의 공급비 등의 성장 조건에 따라 다른 변수(parameter)를 갖는다. 따라서 성장변수에 따라 양자점의 모양과 크기, 밀도가 달라져 균일한 양자점 형성에 어려움이 있어 많은 연구가 진행되고 있다. 예를 들면 In-interruption 법으로 성장한 양자점의 특성이 S-K mode (Stranski-Krastanov mode)로 성장한 양자점에 비해 광학적 특성이 향상되었다. 본 연구에서는 In pre-deposition (IPD) 법으로 성장한 InAs/GaAs 양자점의 광학적 특성을 PL(photoluminescence)와 TRPL (time-resolved PL)을 이용하여 분석하였다. InAs QDs 시료들은 In과 As 공급시간을 각각 1초와 19초 (QD1), 2초와 18초 (QD2), 3초와 17초 (QD3)로 조절하여 성장하였으며, In이 공급되는 시간 동안 As shutter를 차단하여 As 공급을 중단하였다. In과 As의 차단 없이 S-K mode로 성장한 시료를 기준시료로 사용하였다 (QD0). AFM (atomic force microscope) 측정결과, In 공급시간이 1초에서 2초로 증가할 때, 양자점의 밀도와 종횡비(aspect ratio)가 증가하였고, 양자점의 균일도가 증가하였다. 그러나 QD3 시료는 QD1 시료에 비해 밀도와 종횡비, 균일도가 감소하였다. 10 K에서 PL 피크는 In 공급 시간이 증가할 때, 970 nm에서 1020 nm로 적색편이 하였고 반치폭 (FWHM: full width at half maximum)은 75 meV에서 85 meV로 증가하였다. QD2 시료의 PL 피크 에너지가 가장 낮았고, 가장 강한 PL 세기를 보였다. IPD 시간이 증가함에 따라 PL 피크에서 측정한 PL 소멸은 점차 빨라졌다. IPD 기법으로 성장한 양자점의 빠른 PL 소멸은 양자점 밀도와 종횡비 향상에 의한 파동함수 중첩의 증가와 구속 에너지 증가에 의한 것으로 설명된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.178-178
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• 2011

군사용 장비의 전원장치, 인공위성, 해양개발용 등의 특정분야에 한정되어 이루어지던 열전물질에 대한 연구가 최근에는 에너지원의 다양화와 에너지 절약에 대한 필요성이 크게 대두됨에 따라 산업 폐열과 각종 열기관의 폐열 및 해수 온도차나 태양열과 같은 자연에너지를 이용하는 열전발전에 대한 연구로 영역이 확장되어 꾸준히 이루어지고 있다. 다양한 열전 재료 중에서 BixTey 계, BixSey 계, SbxTey 계, 혹은 이들의 합금계가 많이 연구되고 있다. 이 중에서 BixTey 계의 박막 성장 방법으로는 sputtering deposition, electrodeposition, flash evaporation, molecular beam epitaxy, chemical vapor deposition (화학적기상증착) 등이 있다. 이러한 다양한 방법들 중에서 화학적기상증착법은 양질의 두꺼운 막을 성장시킬 수 있음과 동시에 산업적인 생산에 적용될 수 있기 때문에 열전박막 증착을 위한 중요한 수단이 될 수 있을 것으로 생각되고 있다. 하지만 적절한 전구체(precursor)의 부족, tellurium (Te)의 재증발과 같은 문제점 때문에 화학적기상증착법을 이용한 BixTey 계 박막에 대한 전반적인 연구가 부족한 실정이다. 본 연구에서는 다양한 기판, 예를 들면, 실리콘(Si), 실리콘 산화물(SiO2), 백금(Pt) 등, 에 화학적기상증착법을 이용하여 BixTey 계 박막을 성장시키고, 온도와 압력 등의 조건 변화에 따른 박막의 형상과조성, 구조적 특성에 관한 연구를 진행하였다. 특히, 성장 조건에 따른 박막의 형상 연구를 통하여 성장 기구에 관한 고찰을 진행할 수 있었다. 나아가 투과전자현미경 연구를 통하여 기판과 박막의 계면 특성과 개별 결정립이 가지는 미세구조적 특성에 관한 연구를 진행하였다.