Self Annealing Effects of Arsenic Ion Implanted Amorphous Carbon Films during Microwave Plasma Chemical Vapor Deposition

For the simplification of doping process in amorphous carbon film, arsenic (As) ions were implanted on the nucleated silicon wafer before the growth process. Then amorphous carbon films were grown at the condition of $CH_4/H_2=5%$ by microwave plasma chemical vapour deposition. Because the implanted seeds were grown at the high temperature and the implanted ions were spread, it was possible to reduce the process steps by leaving out the annealing process. When the implanted amorphous carbon films were electrically characterized in diode configuration, field emission current of $0.1mA/cm^2$ was obtained at the applied electric field of about $2.5V/{\mu}m$. The results show that the implanted As ions were sufficiently doped by the self-annealing process by using the growth after implantation.

As 이온 주입된 비정질 탄소 박막의 마이크로플라즈마 화학기상증착법에 의한 자동 어닐링 효과에 관한 연구

마이크로플라즈마 화학기상증착법(microwave plasma enhanced chemical vapor deposition, MPCVD)에 의하여 형성된 비정질 탄소 박막의 효율적인 도핑 공정을 위하여, 비정질 탄소 박막의 성장 직전 nucleated seed 상태의 기판 혹은 일부 성장된 박막 위에 비소(As) 이온을 이온 주입하였고 그 직후 다시 MPCVD에 의하여 박막을 성장시켰다. MPCVD에 의한 성장 자체가 약 $500{\sim}600^{\circ}C$ 온도에서의 어닐링 공정을 대체할 수 있으므로, 기존의 이온 주입 후 별도의 어닐링 공정과 비교 시 간략화된 공정으로도 어닐링 효과가 있다고 할 수 있다. 이온 주입 후 박막 성장으로 어닐링 효과를 얻은 비정질 탄소 박막의 경우, $2.5V/{\mu}m$의 전계에서 약 $0.1mA/cm^2$의 전계 방출 특성을 관찰할 수 있었고 또한 라만 스펙트럼 특성에서도 다이아몬드 특성 및 그래파이트 특성 모두 뚜렷이 관찰되었다. 전기적, 구조적 특성 관찰로부터 이온 주입된 As 이온이 자동 어닐링 효과에 의해 충분히 비정질 탄소 박막에 도핑되었다고 할 수 있다.