열화학 기상 증착법을 이용한 베타갈륨옥사이드 나노구조 증착 (Deposition of β-Ga203 Nano structures by using Thermal Chemical Vapor Deposition)

서지정보

· 발행기관 : 한국산학기술학회
· 수록지 정보 : 한국산학기술학회논문지 / 24권 / 9호 / 393 ~ 398페이지
· 저자명 : 정민경

초록

4차 산업혁명 이후 세계 각국에서 첨단 무기체계의 발전이 가속화되면서 전력 반도체와 고감도 센서에 대한 수요가 급증하고 있다. 특히 전력반도체는 고출력을 요구하는 군사용 레이더, 고주파용 통신시스템 등 군사적, 산업적으로 그 활용도가 높아 세계 각국에서 관련 분야에 대한 연구가 활발히 진행중이다. 전력반도체의 핵심요소는 고온, 고압의 환경에 견딜 수 있는 큰 밴드갭 에너지를 가지는 재료를 활용하는 것이다. 이중에서도 베타갈륨옥사이드는 단사정계의 안정한 결정구조와 큰 밴드갭 에너지를 가진 물질로 최근 급증하고 있는 전력 반도체와 고감도 센서 시장에서 활용 가치가 높은 물질이다. 하지만 소형화 과정이 복잡하여 비용적 문제가 발생한다. 본 연구에서는 비교적 저렴하고 간단하게 소형화 구조 증착이 가능한 열화학 기상 증착법을 이용하여 베타 갈륨옥사이드 나노 구조를 증착하였다. SiO2 기판위에 약 10nm 두께의 촉매층 Ag 박막을 증착하여 베타 갈륨옥사이드 나노 구조 형성을 촉진했고 공정 분위기는 10 sccm의 N2 분위기에서 1시간 동안 진행하였다. 700℃, 800℃, 900℃, 1000℃ 각각 다른 온도에서 증착된 시편의 SEM 분석 결과 나노 구조 형성이 관측되지 않은 700℃를 제외한 모든 온도 영역에서 Crystal rod가 Main 구조로 형성되었다. 온도가 증가함에 따라 800℃ 영역부터는 Whisker-shaped particle 구조가 Sub 구조로 나타났고 900℃와 1000℃에서는 Nanowire 구조의 Sub 구조 형성도 추가적으로 확인할 수 있었다. 또한 EDS mapping 분석을 통해 증착된 3가지 나노 구조가 모두 Ga, O, Ag 원소로 이루어진 것을 확인할 수 있었다. 본 연구의 결과물을 레이더 등 고출력 전력증폭소자 개발에 적용한다면 비교적 저렴한 비용과 간단한 공정으로 합성이 가능한 송수신 모듈을 제작할 수 있을 것이다. 또한, 소형, 경량화가 필요한 타일형 송수신 모듈의 패키징 기술을 개발에 적용한다면 휴대용 단말기, 군사용 초소형 드론 회로 설계에도 활용 가능할 것으로 기대된다.

영어초록

Demand for power semiconductors and high-sensitivity sensors is rapidly increasing as the development of advanced weapon systems accelerates worldwide. Military radar and high-frequency communication systems have high power requirements, and this has led to intense research in related fields in many countries. Power semiconductors and sensors have large bandgap energies and can tolerate high temperature and pressure environments. In particular, β-Ga203 is a stable material with a monoclinic structure and a large bandgap energy and has attracted attention in the rapidly growing power semiconductor and high-sensitivity sensor markets. In this study, β-Ga203 nanostructures were produced cheaply by chemical vapor deposition (CVD). A silver film of thickness ~10 nm was deposited on a SiO2 substrate to promote the formation of β-Ga203 nanostructures, which were produced over 1 hour in a 10 sccm N2 atmosphere. SEM analysis of specimens produced at 800, 900, or 1000°C, but not at 700°C, showed nano Ga203 rods were formed. On increasing CVD temperatures above 800°C, whisker-shaped substructures appeared, and at 900 and 1000°C nanowire substructures were also observed. EDS mapping analysis confirmed that all three nanostructure types were composed of Ga, O, and Ag.

참고자료

· 없음