Abstract
We have studied the alignment and the lattice quality of hexagonal rings of h-BN films synthesized by ion beam assisted deposition (IBAD) method. Boron was e-beam evaporated at 1.5 $\AA$/sec and nitrogen gas was ionized using end-hall type ion gun at 60, 80, and 100 eV, respectively. Substrate was either not heated or heated at 200, 400, 500, and $800^{\circ}C$, respectively. As nitrogen ion energy increases, c-axes of hexagonal rings tend to align parallel to the substrate, which is explained by larger compressive stress at higher ion energies. Alignment of c-axis increases with temperature and shows maximum around $400^{\circ}C$. The lattice quality of hexagonal rings improves with temperature. Such behaviors can be understood from two counter trends of increasing the atomic mobility and decreasing compressive stress with temperature. Hardness of h-BN films shows the same trend with the alignment of c-axis. Ion beam assisted deposition method seems to be effective for aligning hexagonal rings and optimizing h-BN properties.
이온빔보조증착법으로 h-BN을 증착하여 이온에너지 및 기판온도에 따른 hexagonal ring의 배열 및 결정성의 변화를 연구하였다. 보론은 전자빔으로 1.5 $\AA$/sec 의 속도로 증발시켰으며, 질소는 둥-hall 형 이온건으로 60, 80, 100eV의 에너지로 공급하였다. 기판의 온도는 상온(no heating), 200, 400, 500, $800^{\circ}C$로 변화시켰다. 질소이온에너지가 증가할수록 hexagonal ring의 c축은 기판에 평행하게 배열하여 100 eV의 질소이온에너지에서 가장 좋은 배열을 나타내었다. 이는 이온에너지가 높을수록 합성 막에 큰 압축응력이 발생하기 때문으로 생각된다. 기판온도에 따라서는 온도가 증가함에 따라 배열이 증가하다가 약 $400^{\circ}C$에서 최대가 되고 그 보다 높은 온도에서는 배열이 감소하였다. 그리고 결정도는 온도가 증가할수록 향상되었다. 이러한 경향들은 온도가 증가함에 따라 원자 이동도는 증가하고 응력발생은 어려워지는 경향으로부터 잘 설명된다. 또한 nano-indentor로 측정한 h-BN막의 경도는 c-축의 배열정도와 같은 경향을 보였다. 이온빔보조증착법은 hexagonal ring의 배열을 통해 h-BN막 성질의 최적화에 효과적인 방법으로 판단된다.
