Influence of the Substrate Temperature on the Characterization of ZnO Thin Films

We fabricated ZnO thin film successfully by using RF magnetron sputtering and investigated its potential for being utilized as the key material of piezoelectric device with the characterization of ZnO thin film such as such as crystallinity, surface morphology, c-axis orientation, film density. In thin study, $Ar/O_2$ gas ratio is fixed 70/30, RF power 125W, working pressure 8mTorr, distance between substrate and target 70mm, but the substrate temperature is varied from room temperature to $400^{\circ}C$. The relative intensity ($I_{(002)}/I_{(100)}$) or (002) peak in ZnO thin film deposited at $300^{\circ}$ was exhibited as 94%, then its FWHM was $0.571^{\circ}C$. Also, from the surface morphology evaluated by SEM and AFM, the film deposited at $300^{\circ}C$ showed uniform particle shape and excellent surface roughness of 4.08 m. The tendency of ZnO thin film density was exhibited to be denser with increasing substrate temperature but slightly decreased at near $400^{\circ}C$.

기판온도가 ZnO 박막의 특성에 미치는 영향

ZnO 박막을 RF sputtering 법을 이용하여 제작한 후, 기판 온도에 따른 결정성, 표면 형상, c 축 배향성, 박막의 밀도 등을 조사하여 압전 소자로의 적용 가능성을 조사하였다. 본 연구에서는 $Ar/O_2$ 혼합비 70/30, sputtering 파워 125 W, 공정 압력 8 mTorr, 기판 타겟간 거리 70 mm로 공정 변수를 고정시키고, 기판 온도를 상온에서 $400^{\circ}C$까지 변경하면서 ZnO 박막을 증착하였다. 기판온도가 $300^{\circ}C$ 일 때, (002) 피크의 상대 강도비 (I(002)/I(100))가 94%로 가장 크게 나타났으며, 이 때의 반가폭은 $0.571^{\circ}$ 이었다. SEM과 AFM을 통한 표면 형상은 $300^{\circ}C$ 일 때 균일한 입자형태를 띄면서 4.08 nm의 가장 우수한 표면 거칠기를 나타내었다. ZnO 박막의 밀도는 기판 온도가 상온에서부터 $300^{\circ}C$ 까지 상승함에 따라 증가하는 추세를 나타내었으며, 이 후 기판 온도가 $400^{\circ}C$로 증가하면 다시 감소하는 경향을 나타내었다.