Reactive magnetron sputtering을 이용한 ZnO박막증착

소개

반응성 마그네트론 스퍼터링을 이용한 산화아연 박막증착

목차

1. 서론1
2. 이론적 배경3
2.1. ZnO 박막3
2.2.1. 열역학적 특성3
2.2.2. 구조적 특성3
2.2.3. 전기적 특성6
2.2.4. 광학적 특성7
2.2.5. ZnO 박막 제조 기술8
2.2. 스퍼터링8
2.2.1. 스퍼터링의 원리8
2.2.2. 스퍼터링의 특징12
2.2.3. 스퍼터율(sputter yield)13
2.2.4. 스퍼터링을 이용한 박막형성의 영향요소14
2.2.5. RF 스퍼터링15
2.2.6. Magnetron 스퍼터링18
2.2.7. RF 마그네트론 스퍼터링19
2.3. 플라즈마22
3. 실험 방법 및 분석24
3.1. 반응성 RF 마그네트론 스퍼터링 실험 장치24
3.2. 실험 방법27
3.3. 분석 장치31
3.3.1. SE(Spectroscopic Ellipsometer)31
3.3.2. SEM(scanning electron microscopy)31
3.3.3. XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)31
3.3.4. XRD(X-ray diffractometer)32
4. 결과 및 고찰33
4.1. 셔터변수에 의한 증착특성33
4.1.1. SEM에 의한 분석33
4.1.2. XPS에 의한 분석35
4.1.3. XRD에 의한 분석38
4.2. 온도변수에 의한 증착특성40
4.2.1. SEM에 의한 분석40
4.2.2. SE에 의한 분석42
4.2.3. XPS에 의한 분석45
5. 결론47
참고문헌49

본문내용

1. 서론

최근 ZnO의 박막은 전도성 투과전극, LED응용, 및 Sensor등의 응용을 위해 새로운 기능성 박막으로 스퍼터링에 의해 많은 연구가 진행되고 있다. 현대사회가 점차 정보화 사회로 발전함에 따라 통신, 저장 매체 등 정보통신 산업과 디스플레이 산업에 대한 중요성이 점차 대두되고 있으며, 최근 들어 LED나 LD와 같은 UV의 광학적 응용에 대한 기대가 되어지는 ZnO에 대한 연구가 활발히 진행되어지고 있다. ZnO는 큰 엑시톤 결합에너지(60 meV)와 넓은 밴드갭(3.36 eV)을 가지는 직접 천이형 반도체로서 상온에서 발광특성이 우수하다. 이러한 우수한 특성 때문에 UV 레이저 및 LED와 같은 광학소자로서 그 응용의 잠재성이 높다[1]. ZnO를 GaN과 비교하여 보면, 결정학적으로 같은 Wurzite 구조이며, lattice의 misfit이 1.98% 정도 밖에 되지 않아 매우 유사하고 같은 육방정계이다. 상온에서 광학적 밴드갭이 3.36 eV로 GaN(3.34 eV)와 비슷하여 근자외선 영역의 광원으로 적당하다. 또한 cohesive 에너지의 경우 1.89 eV로 GaN에 비하여 약간 낮으나 SiC, ZnSe 등에 비하여 우수한 성질을 가지고 있어서 defect formation에너지가 높아서 양질의 광소자에 적합하다. 또한 GaN의 경우 1030℃의 높은 결정 성장온도가 필요하나 ZnO의 경우 450~800℃에서 적층 성장이 가능하여 상대적으로 defect의 형성을 억제할 수 있는 우열성이 있다[2].
화학양론적으로 증착된 이상적인 ZnO박막은 밴드갭 3.36 eV의 직접형 반도체로서 UV대역에서의 발광특성을 보이지만, 실제 박막의 경우 박막이 화학 양론적으로 증착되지 못하고, Zn의 과잉이나 O의 부족으로 n형 반도체 특성을 갖게 되는데, 이 경 우 green, yellow 등의 가시광선영역의 발광을 한다. ZnO의 결합구조에서 산소의 vacancy는 산소주변의 8개의 가전자 중 6개의 전자만을 제거한다. 따라서 defect가 발생한 ZnO박막은 n 타입의 반도체가 된다. 실제로 다양한 불순물 레벨이 여러 종류의 defect에 의해 형성되고, 결국 다양한 가시광선 영역에서의 발광이 발생한다[3].

참고자료

· 없음