• Title/Summary/Keyword: c-축 성장

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Structural and Optical Properties of Sol-gel Derived ZnO:Cu Films

  • Bae, Ji-Hwan;Park, Jun-Su;Jo, Sin-Ho
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • 2013.08a
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    • pp.199-199
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    • 2013
  • 최근 단파장 광전 소자와 고출력 고주파 전자 소자에 대한 수요 때문에 넓은 밴드갭 에너지를 갖는 반도체에 관심이 많다. 이중에서, ZnO는 우수한 화학 및 역학적 안정성, 수소 플라즈마 내구성과 저가 제조의 장점 때문에 광전자 소자 개발 분야에 적합한 산화물 투명 전극으로 관심을 끌고 있다. 불순물이 도핑되지 않은 ZnO는 본질적으로 산소 빈자리 (vacancy)와 아연 격자틈새 (interstitial)와 같은 자체의 결함으로 말미암아 n형의 극성을 갖기 때문에, 반도체 소자로 응용하기 위해서는 도핑 운반자의 농도와 전도성을 제어하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 박막 제조시 제어성, 안정성과 용이하게 성장이 가능한 졸겔 (sol-gel) 방법을 사용하여 사파이어와 석영 기판 위에 Cu가 도핑된 ZnO 박막을 성장시켰으며, 그것의 구조, 표면 형상, 평균 투과율, 광학 밴드갭 에너지를 계산하였다. 특히, Cu의 몰 비를 0, 0.01, 0.03, 0.05, 0.07, 0.1 mol로 변화시키면서 ZnO:Cu 박막을 성장시켰다. ZnO:Cu 졸은 zinc acetate dihydrate, 2-methoxyethanol (용매), momoethanolamine (MEA, 안정제)을 사용하여 제조하였다. 상온에서 2-methoxyethanol과 MEA가 혼합된 용액에 zinc acetate dihydrate (Zn)을 용해시켰다. 이때 MEA와 Zn의 몰 비는 1로 유지하였다. 이 용액을 $60^{\circ}C$ 가열판 (hot plate)에서 24 h 동안 자석으로 휘젓으며 혼합하여 맑고 균일한 용액을 얻었다. 이 용액을 3000 rpm 속도로 회전하는 스핀 코터기의 상부에 장착된 사파이어와 석영 기판 위에 주사기 (syringe)를 사용하여 한 방울 떨어뜨려 30 s 동안 스핀한 다음에, 용매를 증발시키고 유기물 찌꺼기를 제거하기 위하여 $300^{\circ}C$에서 10분 동안 건조시킨다. 기판 위에 코팅하는 작업에서 부터 건조 작업까지를 10회 반복한 다음에, 1 h 동안 전기로에 장입하여 석영 기판 위에 증착된 시료는 $550^{\circ}C$에서, 사파이어 기판은 $700^{\circ}C$에서 열처리를 수행하였다. Cu의 몰 비 0, 0.01, 0.03, 0.05, 0.07, 1로 성장된 ZnO:Cu 박막에 대한 x선 회절 분석의 결과에 의하면, 모든 ZnO:Cu 박막의 경우에 관측된 34.3o의 피크는 ZnO (002) 면에서 발생된 회절 패턴을 나타낸다. 이것은 JCPDS #80-0075에 제시된 회절상과 일치하였으며, ZnO:Cu 박막이 기판에 수직인 c-축을 따라 우선 배향됨을 나타낸다. 사파이어 기판 위에 증착된 박막의 경우에, Cu의 몰 비가 점점 증가함에 따라(002)면 회절 피크의 세기는 전반적으로 증가하여 0.07 mol에서 최대를 나타내었으나, 석영 기판 위에 증착된 박막의 경우에는 0.05 mol에서 최대를 보였다. 외선-가시광 분광계를 사용하여 서로 다른 Cu의 몰 비로 성장된 ZnO:Cu 박막에서 광학 흡수율 (absorbance) 스펙트럼을 측정하였으며, 이 데이터를 사용하여 평균 투과율을 계산한 결과, 투과율은 Cu의 몰 비에 따라 현저한 차이를 나타내었다. Cu의 몰 비가 0.07 mol일 때 평균 투과율은 80%로 가장 높았으며, 0.03 mol에서는 30%로 최소이었다. 광학밴드갭 에너지는 Tauc 모델을 사용하여 계산하였고, 결정 입자의 형상과 크기와의 상관 관계를 조사하였다.

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Target Preparation for KLN sputtering and optical properties of thin films deposited on Corning 1737 glass (KLN 스퍼터링용 타겟의 제조 및 코닝 1737 유리 기판위에 성장시킨 박막의 광학적 성질)

  • Park, Seong-Geun;Seo, Jeong-Hun;Kim, Seong-Yeon;Jeon, Byeong-Eok;Kim, Jin-Su;Kim, Ji-Hyeon;Choe, Si-Yeong;Kim, Gi-Wan
    • Korean Journal of Materials Research
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    • v.11 no.3
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    • pp.178-184
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    • 2001
  • Transparent and highly oriented KLN thin films have been grown by an rf- magnetron sputtering deposition method. A homogeneous and stable KLN target was prepared by calcine and sintering process. For KLN target, stoichiometry and composition excess with K of 30% and 60%, and Li of 15% and 30% respectively, was prepared. The targets were sintered at low temperature to prevent vaporization of K and Li. KLN thin films were fabricated by rf-magnetron sputtering method using those targets. In this experiment, using the target of composition excessed with K of 60% and Li of 30%, single phase KLN thin film was produced. KLN thin film has excellent crystallinity and highly c-axis oriented on Corning 1737 substrate. Transmittance of thin film in visible range was 90%, absorption edge is 333 nm and refractive index at 632.8 nm was 1.93.

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Preparation and characterization of nearly stoichiometric $LiNbO_3$ crystals by VTE method (VTE법에 의한 nearly stoichiometric $LiNbO_3$의 성장 및 특성)

  • 김상수;유동선
    • Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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    • v.7 no.1
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    • pp.6-17
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    • 1997
  • Lithium niobate single crystals with various [Li]/[Nb] ratios were grown by the Czochralski method from melts having compositions varing between 48.6 ~ 58.0 mol % $Li_2O$. A vapor transport equilibration technique has been used to improve the homogeneity and adjust the [Li]/[Nb] ratio in small $LiNbO_3$ single crystals grown by the Czochralski method. When equilibrated with a Li-rich powder (65 mol%$Li_2O$), containing a mixture of $LiNbO_3$ and $Li_3NbO_4$, crystals of nearly stoichiometric composition can be obtained. This was established by studying the composition dependence of the following properties; lineshape, intensity and linewidth for the electron paramagnetic resonance (EPR) of $Fe^{3+}$ energy of the fundamental absorption edge and $OH^-$ absorption spectra.

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A study on anisotropic characteristics of axial strengths in $\alpha$-quartz by using molecular dynamics simulation and uniaxial compression test (분자동력 학 시뮬레이션과 일축압축강도시험을 이용한 $\alpha$-quartz의 결정축에 따른 강도이방성 검토)

  • ;;市川康明;河村雄行
    • Tunnel and Underground Space
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    • v.10 no.1
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    • pp.70-79
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    • 2000
  • We carried out NPT-ensemble (constant-number of particles, pressure, and temperature) Molecular Dynamics (MD) simulations for measuring strength anisotropy under uniaxial compressive stress rotated to the crystallographic axes in $\alpha$-quartz. Uniaxial compressive strengths of a single quartz crystal were measured in directions of the a- and c-axis. Measured uniaxial strength of a single quartz crystal was higher in the direction parallel to the c-axis than that measured in the direction normal to the c-axis. However the reverse was found in calculated uniaxial strengths by MD simulation. The contradictive result of strengths was observed in both cases but was found to be different in origin. Strength anisotropy of defectless $\alpha$-quartz crystal in MD simulation is basically caused by structural difference of quartz. By contrast, anisotropy of measured strength in the uniaxial compression test is related to oriented micro-defects developed during crystal growth.

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$KTiOPO_4 (KTP)$ Single Crystal Growth by TSSG Technique (TSSG법에 의한 $KTiOPO_4 (KTP)$ 단결정 육성)

  • 김정환;강진기
    • Korean Journal of Crystallography
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    • v.3 no.1
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    • pp.37-43
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    • 1992
  • KTiOP04 is a nonlinear optical crystal which is most widely used for frequency doubling of the radiation of Nd : YAG laser. In the experiment, sin ale crystals of KTiOP04 were grown by TSSG technique using 3K2W04·P2O5 flux. Low temperature gradient furnace suitable for KTP single crystal growth was used. Seed crystal was placed at the surface of the solution for the purpose of better observation of the growing crystals and the possibility of diameter control. Solution included 66.7mol% KTiOP04 for all experiments and its saturation temperature was 1020℃. The conditions of single crystal growth were as follows: cooling rate 0.2℃/h, crystal rotation rate 50rpm, c -axis seed. Using these conditions, single crystals up to 23 ×25×25mm3 have been groan from about 100cc solution. We have also observed a change in the crystal growth habit which resulted in the formation of large (201) faces and small (100) faces. And some crystals have (101) faces.

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A Study on the High Quality and Low Cost Fabrication Technology of ZnO Thin Films for Solar Cell Applications (태양전지 응용을 위한 고품위 및 저가격 ZnO 박막 제조에 관한 연구)

  • Lee, Jae-Hyeong
    • Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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    • v.14 no.1
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    • pp.191-196
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    • 2010
  • Aluminum doped zinc oxide (AZO) films have been prepared on Coming 7059 glass substrates by r.f. magnetron sputtering method. A powder target instead of a conventional sintered ceramic target was used in order to improve the utilization efficiency of the target and reduce the cost of the film deposition process. The influence of sputter pressure on the structural, electrical, and optical properties of AZO films were studied. The AZO films had hexagonal wurtzite structure with a preferred c-axis orientation, regardless of sputter pressure and target types. The crystallinity and degree of orientation was increased by increasing the sputter pressure. For higher sputtering pressures, a reduction of the resistivity was observed due to a increase on the mobility and the carrier concentration. The lowest resistivity of $6.5{\times}10^{-3}\;{\Omega}-cm$ and the average transmittance of 80% can be obtained for films deposited at 15 mTorr.

Crystal Growth of Yb:YCa4O(BO3)3 and Investigation of Spectroscopic and Thermal Properties (Yb:YCa4O(BO3)3 단결정 성장과 분광 및 열적 특성 연구)

  • Kim, Choong-Ryeul;Lee, Hyeon-Jun;Yu, Young-Moon
    • Journal of the Korean Ceramic Society
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    • v.39 no.8
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    • pp.795-800
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    • 2002
  • Yb:$YCa_4O(BO_3)_3$ (Yb:YCOB) single crystal, in which the concentration of $Yb^{3+}$ ion 20 at%, was grown by the Czocharalski method using an iridium crucible under N2 atmosphere. The optimum growth parameters to get a high quality of single crystals were found to be 1.5∼2 mm/h of pulling rate and 10∼20 rpm of rotation rate. According to the results of spectroscopic properties, absorption edge of Yb:YCOB was 236 nm. Two strong absorption line due to $Yb^{3+}$ ions were observed at 900 and 975 nm. Thermal expansion coefficients of Yb:YCOB crystal along a, b and c crystallographic axes from 320 to 650 K were 12.1${\times}10^{-6}$/K, 5.9${\times}10^{-6}$/K, 12.9${\times}10^{-6}$/K, respectively. Specific heat was 0.162 $cal/g{\cdot}K$ at 330 K.

The Low-field Tunnel-type Magnetoresistance Characteristics of Thin Films Deposited on Different Substrate (기판 효과에 따른 저 자장 영역에서의 자기저항 효과에 관한 연구)

  • Lee, Hi-Min;Shim, In-Bo;Kim, Chul-Sung
    • Journal of the Korean Magnetics Society
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    • v.12 no.2
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    • pp.41-45
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    • 2002
  • The low-field tunnel-type magnetoresistance (MR) properties of sol-gel derived $La_{0.7}Pb_{0.3}MnO_3(LPMO)$ thin film deposited on different substrate have been investigated. Polycrystalline thin films were fabricated by spin-coating on $SiO_2/Si(100)$ substrate and that with yttria-stabilized zirconia (YSZ) buffer layer, while c-axis-oriented thim film was grown on $LaAlO_3(001)$ (LAO) single crystal substrate. The full width half maximum (FWHM) of the rocking curve scan of LPMO/LAO film is $0.32^{\circ}$. Tunnel-type MR ratio is 0.52 % in $LPMO/SiO_2/Si$(100) film and that of $LPMO/YSZ/SiO_2/Si$(100) film is as high as 0.68 %, whereas that of LPMO/LAO(001) film is less than 0.4 % under the applied field of 500 Oe at 300 K. Well-pronounced MR hysteresis was registered with an MR peak in the vicinity of the coercive field. The low-field tunnel-type MR characteristics of thin films deposited on different substrates originates from the behavior of grain boundary properties.

Numerical analysis of CZ growth process for sapphire crystal of 300 mm length: Part I. Influence of hot zone structure modification on crystal temperature (300 mm 길이의 사파이어 단결정 대한 CZ성장공정의 수치해석: Part I. 핫존 구조 변경이 결정 온도에 미치는 영향)

  • Shin, Ho Yong;Hong, Su Min;Kim, Jong Ho;Jeong, Dae Yong;Im, Jong In
    • Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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    • v.23 no.6
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    • pp.265-271
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    • 2013
  • Czochralski (CZ) growth process is one of the most important techniques for growing high quality sapphire single crystal for LED application. In this study, the inductively-heated CZ growth processes for the sapphire crystal of 300 mm length have been analyzed numerically using finite element method. The hot zone structures were modified with the crucible geometry change and the additional insulation layer installed above the crucible. The results show that the solid-liquid interface height decreased from about 80 mm at initial stage to 40 mm after mid-stage due to achieve the growth speed balance. Also the optimal input power of the modified system was similar with the original one due to the compensation effects of the crucible geometry and additional insulation. The crystal temperature grown by the modified CZ grower was increased about 10 K than the original one. Therefore the sapphire crystal of 300 mm height was grown successfully.

Crystal Growth of rutiles doped with Impurity Ions by Floating Zone Method (부유대용융법에 의한 불순이온 주입된 $TiO_2$단결정 성장 연구)

  • 이성영;유영문;김병호
    • Proceedings of the Korea Crystallographic Association Conference
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    • 1999.04a
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    • pp.1-1
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    • 1999
  • 부유대용융법에 의하여 불순이온의 종류와 각 이온의 주입 농도를 달리하는 Rutile 단결정을 성장하였다. 성장된 결정으로부터 제조한 박편시료를 이용하여 결정결함과 광투과도에 미치는 각 불순이온의 영향을 조사하였다. 결정성장용 주원료로 99.99%의 TiO2를 사용하고, 불순이온 주입을 위한 원료로서 99.99%의 Al2O3, H3BO3, Ga2O3, Sc2O3, V2O5, Fe2O3, ZrO2, Er2O3, Cr2O3를 각각 사용하였다. 불순이온의 종류에 따르는 영향을 조사하기 위하여 TiO2 99.8 atomic%-불순이온 0.2atomic%의 조성이 되도록 각 이온별로 원료를 정밀하게 평량하고 균일 혼합하였다. 불순 이온의 첨가량에 따르는 영향을 조사하기 위하여 Al2O3는 각각 pure, 0.2, 0.4, 0.6 atomic%를, Cr2O3는 pure, 0.003, 0.05, 0.2 atomic%를 각각 치환하여 원료를 조합하였다. 균일 혼합된 원료를 직경 8mm의 고무 튜브에 넣고 CIP(Cold Isostatic Press0에서 2000kg/$\textrm{cm}^2$의 압력으로 성형한 후 150$0^{\circ}C$에서 1시간 소결함으로서 결정성장용 다결정 원료를 합성하였다. 합성된 다결정을 double ellipsoidal mirror 내에 설치하고,halogen lamp로 가열하여 원료의 한쪽 끝을 용융한 다음, 20rpm의 회전속도, 3-5mm/hr의 성장속도로 하는 유속 1$\ell$/min의 O2 분위기속에서 부유대용융법에 의하여 결정을 성장하였다. 성장된 결정을 성장축에 수직한 방향으로 각각 절단, 연삭, 연마한 박편을 이용하여 편광하에서 low-angle grain boundaries 및 기타의 결정결함을 관찰하였으며, 0.3$\mu\textrm{m}$~0.8$\mu\textrm{m}$ 범위 및 0.6$\mu\textrm{m}$~3.4$\mu\textrm{m}$ 범위에서의 투과 및 흡수 스펙트럼을 측정하였다. 결정 성장 결과 B3+, Er3+, Cr3+ 이온은 Ti4+ 이온과 이온의 크기 차이가 심하여 결정의 정상적인 성장을 방해하는 물성을 나타냈고, V5+, Cr3+ 이온은 흑색의 결정, Fe3+ 이온은 적갈색의 결정으로 성장되었다. Al3+, Zr4+, Al3+의 순서로 투과도가 높아지는 것이 관찰되었다. 불순이온의 농도에 따른 영향으로서 Al3+ 이온의 경우 주입농도가 높아질수록 low angle boundary와 oxygen deficiency가 감소하였고, 투과율은 조금 감소하거나 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 반면에 Cr3+ 이온을 주입한 경우 0.003 atomic%에서 최적의 물성을 보였으며, 주입농도가 높아질수록 결정성장이 어려워지고 광의 투과도가 급격히 저하되었다.

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