• Title/Summary/Keyword: raman spectroscopy

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ECR-PECVD 방법으로 제작된 DLC 박막의 기판 Bias 전압 효과

  • 손영호;정우철;강종석;정재인;황도원;김인수;배인호
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • 2000.02a
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    • pp.188-188
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    • 2000
  • DLC (Diamond-Like Carbon) 박막은 높은 경도와 가시광선 및 적외선 영역에서의 광 투과도, 전기적 절연성, 화학적 안정성 및 저마찰.내마모 특성 등의 우수한 물리.화학적인 물성을 갖고 있기 때문에 여러 분야의 응용연구가 이루어지고 있다. 이러한 DLC 박막을 제작하는 과정에는 여러 가지가 있으나, 본 연구에서는 ECR-PECVD electron cyclotron resonance plasma enhanced chemical vapor deposition) 방법을 사용하였다. 이것은 최근에 많이 이용되고 있는 방법으로, 이온화률이 높을뿐만 아니라 상온에서도 성막이 가능하고 넓은 진공도 영역에서 플라즈마 공정이 가능한 장점이 있다. 기판으로는 4" 크기의 S(100)를 사용하였고, 박막을 제작하기 전에 진공 중에서 플라즈마 전처리를 하였다. 플라즈마 전처리는 Ar 가스를 150SCCM 주입시켜 5$\times$10-1 torr 의 진공도를 유지시키면서, ECR power를 700W로 고정하고, 기판 bias 전압을 -300 V로 하여 5분 동안 기판을 청정하였다. DLC 박막은 ECR power를 700W. 가스혼합비와 유량을 CH4/H2 : 10/100 SCCM, 증착시간을 2시간으로 고정하고, 기판 bias 전압을 0, -50, -75, -100, -150, -200V로 변화시켜가면서 제작하였다. 이때 ECR 소스로부터 기판까지의 거리는 150mm로 하였고, 진공도는 2$\times$10-2torr 였으며, 기판 bias 전압은 기판에 13.56 MHz의 RF power를 연결하여 RF power에 의해서 유도되는 negative DC self bias 전압을 이용하였다. 제작된 박막을 Auger electron spectroscopy, elastic recoil detection, Rutherford backscattering spectroscopy, X-ray diffraction, secondary electron microscopy, atomic force microscoy, $\alpha$-step, Raman scattering spectroscopu, Fourier transform infrared spectroscopy 및 micro hardness tester를 이용하여 기판 bias 전압이 DLC 박막의 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 분석결과 본 연구에서 제작된 DLC 박막은 탄소와 수소만으로 구성되어 있으며, 비정질 상태임을 알 수 있었다. 기판 bias 전압의 증가에 따라 박막의 두께가 감소됨을 알 수 있었고, -150V에서는 박막이 거의 만들어지지 않았으며, -200V에서는 기판 표면이 식각되었다. 이것은 기판 bias 전압과 ECR 플라즈마에 의한 이온충돌 효과 때문으로 판단되며, 150V 이하에서는 증착되는 양보다 re-sputtering 되는 양이 더 많을 것으로 생각된다. 기판 bias 전압을 증가시킬수록 플라즈마에 의한 이온충돌 현상이 두드러져 탄소와 결합하고 있던 수소원자들이 떨어져 나가는 탈수소화 (dehydrogenation) 현상을 확인할 수 있었으며, 이것은 C-H 결합에너지가 C-C 결합이나 C=C 결합보다 약하여 수소 원자가 비교적 해리가 잘되므로 이러한 현상이 일어난다고 판단된다. 결합이 끊어진 탄소 원자들은 다른 탄소원자들과 결합하여 3차원적 cross-link를 형성시켜 나가면서 내부 압축응력을 증가시키는 것으로 알려져 있으며, hardness 시험 결과로 이것을 확인할 수 있었다. 그리고 표면거칠기는 기판 bias 전압을 증가시킬수록 더 smooth 해짐을 확인하였다.인하였다.

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Effect of substrate bias voltage on a-C:H film (기판 bias 전압이 a-C:H 박막의 특성에 미치는 영향)

  • 유영조;김효근;장홍규;오재석;김근식
    • Journal of the Korean Vacuum Society
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    • v.6 no.4
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    • pp.348-353
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    • 1997
  • Hydrogenated amorphous carbon(a-C:H) films were deposited on p-type Si(100) by DC saddle-field plasma enhanced CVD to investigate the effect of substrate bias on optical properties and structural changes. They were deposited using pure methane gas at a wide range of substrate bias at room temperature and 90 mtorr. The substrate bias voltage ($V_s$) was employed from $V_s=0 V$ to $V_s=400 V$. The information of optical properties was investigated by photoluminescence and transmitance. Chemical bondings of a-C:H have been explored from FT-IR and Raman spectroscopy. The thickness and relative hydrogen content of the films were measured by Rutherford backscattering spectroscopy (RBS) and elastic recoil detection (ERD) technigue. The growth rate of a-C:H film was decreased with the increase of $V_s$, but the hydrogen content of the film was increased with the increase of $V_s$. The a-C:H films deposited at the lowest $V_s$ contain the smallest amount of hydrogen with most of C-H bonds in the of $CH_2$ configuration, whereas the films produced at higher $V_s$ reveal dominant the $CH_3$ bonding structure. The emission of white photoluminescence from the films were observed even with naked eyes at room temperature and the PL intensity of the film has the maximum value at $V_s$=200 V. With $V_s$ lower than 200 V, the PL intensity of the film increased with V, but for V, higher than 200 V, the PL intensity decreased with the increase of $V_s$. The peak energy of the PL spectra slightly shifted to the higher energy with the increase of $V_s$. The optical bandgap of the film, determined by optical transmittance, was increased from 1.5 eV at $V_s$=0V to 2.3 eV at $V_s$=400 V. But there were no obvious relations between the PL peak and the optical gap which were measured by Tauc process.

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Characterization of SiC nanowire Synthesized by Thermal CVD (열 화학기상증착법을 이용한 탄화규소 나노선의 합성 및 특성연구)

  • Jung, M.W.;Kim, M.K.;Song, W.;Jung, D.S.;Choi, W.C.;Park, C.J.
    • Journal of the Korean Vacuum Society
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    • v.19 no.4
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    • pp.307-313
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    • 2010
  • One-dimensional cubic phase silicon carbide nanowires (${\beta}$-SiC NWs) were efficiently synthesized by thermal chemical vapor deposition (TCVD) with mixtures containing Si powders and nickel chloride hexahydrate $(NiCl_2{\cdot}6H_2O)$ in an alumina boat with a carbon source of methane $(CH_4)$ gas. SEM images are shown that the growth temperature (T) of $1,300^{\circ}C$ is not enough to synthesize the SiC NWs owing to insufficient thermal energy for melting down a Si powder and decomposing the methane gas. However, the SiC NWs could be synthesized at T>$1,300^{\circ}C$ and the most efficient temperature for growth of SiC NWs is T=$1,400^{\circ}C$. The synthesized SiC NWs have the diameter with an average range between 50~150 nm. Raman spectra clearly revealed that the synthesized SiC NWs are forming of a cubic phase (${\beta}$-SiC). Two distinct peaks at 795 and $970 cm^{-1}$ in Raman spectra of the synthesized SiC NWs at T=$1,400^{\circ}C$ represent the TO and LO mode of the bulk ${\beta}$-SiC, respectively. XRD spectra are also supported to the Raman spectra resulting in the strongest (111) peaks at $2{\Theta}=35.7^{\circ}$, which is the (111) plane peak position of 3C-SiC. Moreover, the gas flow rate of 300 sccm for methane is the optimal condition for synthesis of a large amount of ${\beta}$-SiC NW without producing the amorphous carbon structure shown at a high methane flow rate of 800 sccm. TEM images are shown two kinds of the synthesized ${\beta}$-SiC NWs structures. One is shown the defect-free ${\beta}$-SiC NWs with a (111) interplane distance of 0.25 nm, and the other is the stacking-faulted ${\beta}$-SiC NWs. Also, TEM images exhibited that two distinct SiC NWs are uniformly covered with $SiO_2$ layer with a thickness of less 2 nm.

He II RAMAN SCATTERED LINE BY NEUTRAL HYDROGEN IN THE BIPOLAR PLANETARY NEBULA M2-9 (나비형 행성상 성운 M2-9에서 He II의 중성 수소에 의한 라만 산란선)

  • 이희원;강영운
    • Journal of Astronomy and Space Sciences
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    • v.18 no.1
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    • pp.33-42
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    • 2001
  • In the spectrum of the young bipolar planetary nebula M2-9 obtained from the 1.5m telescope at the Cerro Tololo Inter-American Observatory, we detected the He II feature at 6545 $\AA$ that are proposed to be formed via Raman scattering by atomic hydrogen. However, in the same spectrum, the He II emission lines at 6527 $\AA$ and 6560 $\AA$ are absent, which implies that the He II emission region is hidden from our line of sight and that the H I scattering region is pretty much extended not to be obscured entirely. We performed photoionization computations to estimate the physical size of the He II emission line region to be $10^{16}cm$, from which the location and dimension of the obscuring circumstellar region are inferred and the temperature of the central star must exceed $10^5K$. The angular size of the circumstellar region responsible for the obscuration of the He II emission region is ~1" with the assumption of the distance 01 kpc to M2-9, which is consistent with the recent image of M2-9 obtained with the Hubble Space Telescope.

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Fabrication and Characterization of Si Quantum Dots in a Superlattice by Si/C Co-Sputtering (실리콘과 탄소 동시 스퍼터링에 의한 실리콘 양자점 초격자 박막 제조 및 특성 분석)

  • Kim, Hyun-Jong;Moon, Ji-Hyun;Cho, Jun-Sik;Park, Sang-Hyun;Yoon, Kyung-Hoon;Song, Jin-Soo;O, Byung-Sung;Lee, Jeong-Chul
    • Korean Journal of Materials Research
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    • v.20 no.6
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    • pp.289-293
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    • 2010
  • Silicon quantum dots (Si QDs) in a superlattice for high efficiency tandem solar cells were fabricated by magnetron rf sputtering and their characteristics were investigated. SiC/$Si_{1-x}C_x$ superlattices were deposited by co-sputtering of Si and C targets and annealed at $1000^{\circ}C$ for 20 minutes in a nitrogen atmosphere. The Si QDs in Si-rich layers were verified by transmission electron microscopy (TEM) and X-ray diffraction. The size of the QDs was observed to be 3-6 nm through high resolution TEM. Some crystal Si and -SiC peaks were clearly observed in the grazing incident X-ray diffractogram. Raman spectroscopy in the annealed sample showed a sharp peak at $516\;cm^{-1}$ which is an indication of Si QDs. Based on the Raman shift the size of the QD was estimated to be 4-6 nm. The volume fraction of Si crystals was calculated to be about 33%. The change of the FT-IR absorption spectrum from a Gaussian shape to a Lorentzian shape also confirmed the phase transition from an amorphous phase before annealing to a crystalline phase after annealing. The optical absorption coefficient also decreased, but the optical band gap increased from 1.5 eV to 2.1 eV after annealing. Therefore, it is expected that the optical energy gap of the QDs can be controlled with growth and annealing conditions.

CVD Growth of Grapbene on a Thin Ni Film (Ni 금속 박막위 그라핀 CVD 성장 연구)

  • Choi, In-Sung;Kim, Eun-Ho;Park, Jae-Min;Lee, Han-Sung;Lee, Wan-Kyu;Oh, Se-Man;Cho, Won-Ju;Jung, Jong-Wan;Lee, Nae-Sung
    • Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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    • 2009.06a
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    • pp.425-425
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    • 2009
  • 그라핀을 금속 촉매를 이용하여 상압 혹은 저진공 CVD로 성장할 경우 대형 기판을 쉽게 얻을 수 있으므로 최근 들어 금속 촉매를 이용한 CVD 기술이 재 각광받고 있다. 최근 MIT의 Jing Kong 그룹, Purdue 대학의 Yong P. Chen 그룹, 국내에서는 성균관대학에서 이에 대한 논문을 발표한 바 있다. CVD 방법의 가장 큰 장점은 그라핀 박막의 가장 큰 문제점 중 하나인 대형 기판에 매우 유리하다는 점이다. 본 연구에서는 결함 없는 대형 그라핀기판을 얻기위해 Si/$SiO_2$/Ni 박막위에 그라핀을 LPCVD로 성장하는 실험을 진행하였다. 우선 시료는 Si위에 $SiO_2$를 Sputtering으로 증착하였고, 그 위에 250nm, 300nm두께의 Ni 박막을 e-beam evaporator로 증착하였다. $0.5-1cm^2$ 크기의 샘플을 Thermal CVD 장비를 이용하여 그라핀을 성장하는 실험을 진행하였다. 성장 압력은 95 torr, 성장온도는 $800^{\circ}C$, $850^{\circ}C$, $900^{\circ}C$에서 Hydrocarbon ($C_2H_2$)을 5min, 10min으로 성장시간을 split하였다. Hydrocarbon을 흘리기 전에 Ni grain을 성장하기 위해 성장온도에서 30~60min정도 $H_2$분위기에서 Ni 산화막의 환원 및 어닐링을 진행하였다. 그림.1은 $850^{\circ}C$, 5분간 성장한 그라핀/Ni 샘플의 광학사진이다. 그림.2는 $850^{\circ}C$에서 5min, 10min 성장한 샘플의 Raman spectrum이다. (파장은 514.532nm). 850C 10min 샘플은 G>G' peak 이지만, 5min으로 성장한 샘플의 경우 G'>G peak 임을 알 수 있고, 따라서 5min의 조건에서는 층 두께가 4층 미만의 그라핀 박막을 얻을 수 있음을 보여준다. 또한 G' peak의 위치가 두께가 감소할수록 내려감을 확인할 수 있다. 다만 D peak가 실험한 대부분의 샘플에서 보여서 아직 성장한 그라핀의 결합이 많은 것으로 보인다. 이러한 이유는 성장온도가 낮은 것이 일차 원인으로 생각되며 박막의 균일도 향상과 결함을 줄이기 위한 추가적인 개선 실험을 진행 중이다.

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Variation of optical characteristics with the thickness of bulk GaN grown by HVPE (HVPE로 성장시킨 bulk GaN의 두께에 따른 광학적 특성 변화)

  • Lee, Hee Ae;Park, Jae Hwa;Lee, Jung Hun;Lee, Joo Hyung;Park, Cheol Woo;Kang, Hyo Sang;Kang, Suk Hyun;In, Jun Hyeong;Shim, Kwang Bo
    • Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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    • v.28 no.1
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    • pp.9-13
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    • 2018
  • In this work, we investigated the variation of optical characteristics with the thickness of bulk GaN grown by hydride vapor phase epitaxy(HVPE) to evaluate applicability as GaN substrates in fabrication of high-brightness optical devices and high-power devices. We fabricated 2-inch GaN substrates by using HVPE method of various thickness (0.4, 0.9, 1.5 mm) and characterized the optical property with the variation of defect density and the residual stress using chemical wet etching, Raman spectroscopy and photoluminescence. As a result, we confirmed the correlation of optical properties with GaN crystal thickness and applicability of high performance optical devices via fabrication of homoepitaxial substrate.

Comparison of removal torque of saline-soaking RBM implants and RBM implants in rabbit tibias (토끼의 경골에서 RBM 표면처리 임플란트와 RBM 표면처리 후 Saline에 적신 임플란트의 제거회전력 및 표면분석 비교)

  • Kwon, Jae-Uk;Cho, Sung-Am
    • The Journal of Korean Academy of Prosthodontics
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    • v.56 no.1
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    • pp.1-7
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    • 2018
  • Purpose: The purpose of this study is to investigate the effect of the titanium implant soaked in saline after RBM surface treatment on the initial osseointegration by comparing the removal torque and the surface analysis compared to the titanium implant with only RBM surface treatment. Materials and methods: The control group was RBM surface treated implants (RBM), and the test group was implants soaked in saline for 2 weeks after RBM surface treatment (RBM+Sal). The control and test group implants were placed in the left and right tibiae of 10 rabbits, respectively, and at the same time, the insertion torque (ITQ) was measured. After 10 days, the removal torque (RTQ) was measured by exposing the implant site. FE-SEM, EDS, Surface roughness and Raman spectroscopy were performed for the surface analysis of the new implant specimens used in the experiments. Results: There was no significant difference in insertion torque and removal torque between RBM surface treated titanium implants and saline-soaked titanium implants after RBM surface treatment. Conclusion: Saline soaking after RBM surface treatment of titanium implants did not positively affect the initial osseointegration as compared to titanium implants with only RBM surface treatment.

Fabrication of a-Si:H/a-Si:H Tandem Solar Cells on Plastic Substrates (플라스틱 기판 위에 a-Si:H/a-SiGe:H 이중 접합 구조를 갖는 박막 태양전지 제작)

  • Kim, Y.H.;Kim, I.K.;Pyun, S.C.;Ham, C.W.;Kim, S.B.;Park, W.S.;Park, C.K.;Kang, H.D.;You, C.;Kang, S.H.;Kim, S.W.;Won, D.Y.;Choi, Y.;Nam, J.H.
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • 2011.05a
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    • pp.104.1-104.1
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    • 2011
  • 가볍고, 유연성(flexibility)을 갖는 박막(thin film)형 플랙서블 태양전지(flexible solar cell)는 상황에 따른 형태의 변형이 가능하여, 휴대가 간편하고, 기존 혹은 신규 구조물의 지붕(rooftop)등에 설치가 용이하여, 차세대 성장 동력 분야에서 각광받고 있다. 그러나 아직까지 플랙서블 태양전지는 제작시 열에 의한 기판의 변형, 기판 이송시 너울 현상, 대면적 패터닝(patterning) 기술 등 많은 어려움 등으로 웨이퍼나 글라스 기판에 제조된 태양전지 대비 낮은 광전환 효율을 갖는다. 따라서 본 연구에서는 플랙서플 태양전지 성능개선을 위해 3.5세대급 ($450{\times}450cm^2$) 스퍼터(sputter), 금속유기 화학기상장치 (MOCVD), 플라즈마 화학기상장치 (PECVD), 레이저 가공장치 (Laser scriber)를 이용하여 a-Si:H/a-SiGe:H 이중접합(tandem)을 갖는 태양전지를 제작하였고, 광 변환효율 특성을 평가하였다. 전도도(conductivity), 라만(Raman)분광 및 UV/Visible 분광 분석을 통하여 박막의 전기적, 구조적, 광학적 물성을 평가하여 단위박막의 물성을 최적화 했다. 또한 제작된 태양전지는 쏠라 시뮬레이터 (Solar Simulator)를 이용하여 성능 평가를 수행하였고, 상/하부층의 전류 정합 (current matching)을 위해 외부양자효율 (external quantum efficiency) 분석을 수행하였다. 제작된 이중접합 접이식 태양전지로 소면적($0.25cm^2$)에서 8.7%, 대면적($360cm^2$ 이상) 8.0% 이상의 효율을 확보하였으며, 성능 개선을 위해 대면적 패턴 기술 향상 및 공정 기술 개선을 수행 중이다.

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The Influence of Oxygen Gas Flow Rate on Growth of Tin Dioxide Nanostructures (이산화주석 나노구조물의 성장에서 산소가스 유량이 미치는 영향)

  • Kim, Jong-Il;Kim, Ki-Chul
    • Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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    • v.19 no.10
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    • pp.1-7
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    • 2018
  • Tin dioxide, $SnO_2$, is applied as an anode material in Li-ion batteries and a gas sensing materials, which shows changes in resistance in the presence of gas molecules, such as $H_2$, NO, $NO_2$ etc. Considerable research has been done on the synthesis of $SnO_2$ nanostructures. Nanomaterials exhibit a high surface to volume ratio, which means it has an advantage in sensing gas molecules and improving the specific capacity of Li-ion batteries. In this study, $SnO_2$ nanostructures were grown on a Si substrate using a thermal CVD process with the vapor transport method. The carrier gas was mixed with high purity Ar gas and oxygen gas. The crystalline phase of the as-grown tin oxide nanostructures was affected by the oxygen gas flow rate. The crystallographic property of the as-grown tin oxide nanostructures were investigated by Raman spectroscopy and XRD. The morphology of the as-grown tin oxide nanostructures was confirmed by scanning electron microscopy. As a result, the $SnO_2$ nanostructures were grown directly on Si wafers with moderate thickness and a nanodot surface morphology for a carrier gas mixture ratio of Ar gas 1000 SCCM : $O_2$ gas 10 SCCM.