The Residual Stress Effect on Microstructure and Optical Property of ZnO Films Produced by RF Sputtering

ZnO films were produced on the Si(100) and sapphire(0001) wafers by RF magnetron sputtering in terms of processing variables such as substrate temperature and RF power. The stress in films was obtained from the Stoney's formula using a laser scanning device. The stress levels in the films showed the range from $\~40$ MPa to $\~-1100$MPa depending on processing variables. The specimens were thermally cycled from R.T. to $250^{\circ}C$ to investigate the stress variation as a function of temperature. SEM was employed to characterize the microstructure of te films. As the substrate temperature increased, the film surface became rougher and the films showed coarser grains. The optical property o the films was studied by PL measurements. At the highest substrate temperature $800^{\circ}C$ the film exhibited sharper UV peaks unlike other conditions.

R.F Sputtering으로 제조한 ZnO박막의 미세구조와 광학적 특성에 미치는 잔류응력의 영향

ZnO박막을 R.F. sputtering방법으로 R.F Power와 기판온도를 공정변수로 하여 Si(100)과 $Al_2O_3(0001)$ 기판에 증착하였다. 공정변수에 따른 박막의 미세구조와 잔류응력 및 광학적 특성 등을 평가하였다. 전반적으로 R.F. Power증가에 따른 박막의 미세구조와 잔류응력 및 광학적 특성 등을 평가하였다. 전반적으로 R.F. Power증가에 따른 박막의 미세구조는 결정립이 커지면서 더 거칠어지는 것으로 나타났다. 기판온도 $800^{\cric}C$에서 증착된 박막의 경우, Si기판에 증착한 것보다 $Al_2O_3$기판에 증착된 박막의 막질이 우수한 것으로 나타났다. 박막의 잔류 응류변화는 R.F. Power 보다는 기판온도에 더 의존하는 것으로 나타났다. 대부분의 시편의 잔류응력이 공정변수인 기판온도가 증가할수록 작아지는 것으로 측정되었다. ZnO박막의 열안정성을 평가하기위해 열싸이클링을 실시하였다. 열싸이클링 결과 $Al_2O_3$(0001)기판에 증착된 박막이 Si(100)기판에 증착된 것보다 열안정성이 우수한 것으로 나타났다. PL측정의 경우, $Al_2O_3$기판에 증착된 ZnO박막이 Si기판에 증착된 것보다 UV영역의 발광이 크고 가시광선영역의 발광이 작은것으로 나타났다. 이것은 박막안의 결함이 작아서 낮은 잔류응력을 갖고 있기 때문인 것으로 생각된다.