열진공증착 방법으로 제작한 Ag/Co 다층박막의 구조, 자성 및 자기저항에 관하여 연구하였다. Ag층의 두께가 $60{\AA}$ 정도로 두꺼울 때는 Co 두께가 $5{\AA}$에서도 비교적 균일한 다층막의 형태를 이루어서 대부분의 Co층이 강자성의 성질을 가지나 Ag층의 두께가 $30{\AA}$으로 얇고 Co가 $15{\AA}$ 이하일 경우에는 Co층이 섬형화된 불연속 다층박막이 형성되어 섬형화된 많은 부분의 Co가 초상자성 성질을 가졌다. 또한 열처리에 의하여 Co의 섬형화가 진전되어 MR비가 증가 되었다. $3000{\AA}$ 두께의 $Ag30{\AA}/Co10{\AA}$ 불연속 다층박막에서 최대 6.1%의 자기저항비를 얻었으며 SiO를 하지층으로 입힐 경우 $1000{\AA}$ 다층박막에서 층상 구조의 개선으로 반강자성 결합 및 자기저항비가 증가되었다.
DWDM 필터와 같은 간섭필터는 밴드폭이 좁아지고 투과파장에 해당하는 채널의 수가 증가함에 따라 투과파장의 외부환경에 대한 안정성이 중요하다. 기존의 전자빔 증착법으로 증착된 유전체 다층박막은 일반적으로 미세기둥구조로 인해 낮은 조밀도를 가지기 때문에 외부의 습도나 온도 변화 등에 민감하다. 낮은 조밀도의 유전체 다층박막을 대기 중에 노출되었을 때, 대기 중의 습기가 기둥과 기둥 사이로 침투되어 유효굴절률의 증가로 인하여 박막의 광학두께가 증가하게 되고 결국 스펙트럼이 장파장으로 이동하게 된다. (중략)
본 연구에서는 플렉시블 GZO 단일 박막과 GZO/Ag/GZO (GAG) 다층 박막을 연속 성막이 가능한 롤투롤 스퍼터링 시스템을 이용하여 상온 공정을 통해 성막하여 그 특성을 분석 하였다. 일반적으로 고품위의 GZO 박막을 제작하기 위해서는 고온 공정이 필수적인 것으로 알려져 있으나 본 실험에서는 플렉시블 PES 기판상에 상온 공정을 통해 후 열처리 없이 고품위의 GZO, GAG 박막을 얻을 수 있었다. 단일 GZO 박막은 공정 압력과 산소 유입량을 변화하여 제작하였고 GAG 다층 박막은 GZO-Ag-GZO로 이루어진 3개의 sputter gun을 이용하여 Ag 두께를 변수로 연속공정을 통해 제작하였다. 구조적, 표면석 특성 분석을 위해 XRD(X-ray diffraction), FE-SEM(Field emission scanning electron microscopy), HRTEM (High resolution electron microscopy)를 이용하였으며 광학적, 전기적 특성을 분석하기 위해 UV/Vis spectrometer, Hall effect measurement를 각각 이용하였다. 최적화된 GZO 단일 박막은 상온에서 열처리 없이 성막되었음에도 불구하고 38 ohm/sq의 낮은 저항과 86 %의 높은 투과도를 나타내었으며 GAG 다층 박막은 12 nm의 Ag 두께에서 6.4 ohm/sq의 낮은 저항과 88 %의 높은 투과율을 나타내었다. 특히 기계적 특성을 분석하기 위해 진행된 bending test에서 GAG 박막은 초기와 test 후에 저항과 표면에 변화가 없는 우수한 특성을 보였으며 이를 통해 플렉시블 태양전지와 디스플레이등 광학소자의 투명 전극으로서의 적용 가능성을 확인 할 수 있었다.
DSC와 XRD를 사용하여 Zr/Si 다층박막의 고상반응에 의한 비정질상과 결정상 생성 및 상전이를 확인하고 이를 유효구동력 개념과 유효생성열 개념 및 phase determining factor(PDF)모델을 이용하여 예측한 결과와 비교하였다. Zr/Si 다층박막은 비정질호 반응이 잘 일어났으며 이는 유효구동력 개념으로 예측한 바와 일치하였다. Zr/Si 계에서 생성되는 최초의 결정상은 ZrSi 였으며 유효생성열과 PDF모델로부터 예측된 최초의 결정상은 PDF 모델의 예측 결과와 일치하였다. Zr/Si 다층박막의 원자조성비가 1대 1일경우와 1대 2일 경우의상전이는 ZrSi$\longrightarrow$$ZrSi_{2}$로 되었으며 이러한 상전이 과정은 유효생성열 다이아그램으로 해석되었다. ZrSi의 생성기구는 핵생성이 율속임을 규명하였고 ZrSi와 $ZrSi_{2}$의 생성에 필요한 활성화에너지는 1.64$\pm$0.19eV와 2.28$\pm$0.36eV이었다.
본 연구에서는 D.C 마그네트론 스퍼터링을 사용하여 Mn-Ir/Ni-Fe교환결합형 다층박막의 하지층 및 적층구조에 따른 자기적 특성 및 열적 특성을 미세구조의 관점에서 연구하였다. 교환결합자계( $H_{e{\chi}}$)와 Blocking Temperature( $T_{b}$)는 Mn-Ir/Ni-Fe 계면에서의 반강자성체의 결정립 크기에 의존하는 것을 알 수 있었다. 또한 Mn-Ir/Ni-Fe 교환결합형 다층박막에서 (111) 우선방위의 발생으로 인하여 $H_{e{\chi}}$가 증가됨을 알 수 있었다. $H_{e{\chi}}$가 발생하는 Mn-Ir/Ni-Fe 다층박막은 Mn-Ir 층에 전위가 생성되어 grain-to-grain epitaxy 관계가 이루어지는 것을 알 수 있었다.다.
본 연구에서는 ITO/Ag/ITO 다층 박막을 유기발광소자와 플렉시블 광전소자의 전극으로 적용하기 위하여 선형 대항 타겟 스퍼터(Linear facing target sputter) 시스템을 이용하여 성막하였고, ITO/Ag/ITO 다층박막의 전기적, 광학적, 구조적 특성을 분석하였다. 선형 대항 타겟 스퍼터 시스템은 강한 일방항의 자계와 타겟에 걸린 음극에 의해 전자의 회전, 왕복 운동이 가능해 마주보는 두 ITO 타겟 사이에 고밀도의 플라즈마를 구속 시켜 플라즈마 데미지 없이 산화물 박막을 성막시킬 수 있는 장치이다. 대항 타겟 스퍼터 시스템을 이용하여 성막한 ITO 전극을 DC power, working pressure, Ar/O2 ratio 에 따른 특성을 각각 분석하였다. glass 기판위에 최적화된 ITO 전극을 bottom layer로 두고, bottom ITO layer 위에 thermal evaporation 을 이용하여 Ag 박막을 6~20nm의 조건에 따라 두께를 다르게 성막하고, Ag 박막을 성막한 후에 다시 bottom ITO 전극과 같은 조건으로 ITO 전극을 top layer로 성막 하였다. 두 비정질의 ITO 전극 사이에 매우 앓은 Ag 박막을 성막 함으로 해서 glass 기판위에 ITO/Ag/ITO 다층 박막전극은 매우 낮은 저항과 높은 투과도를 나타낸다. ITO/Ag/ITO 박막의 전기적 광학적 특성을 보기 위해 hall measurement와 UV/visible spectrometer 분석을 각각 진행하였다. ITO/Ag/ITO 다층 박막 전극이 매우 얇은 두께임에도 불구하고 $4\Omega$/sq.의 낮은 면저항과 85%의 높은 투과도를 나타내는 이유는 ITO/Ag/ITO 전극 사이에 있는 Ag층의 표면 플라즈몬 공명 (SPR) 현상으로 설명할 수 있다. ITO/Ag/ITO 전극의 Ag의 거동을 분석 하기위해 FESEM분석과 synchrotron x-ray scattering 분석을 하였다. ITO/Ag/ITO 전극의 Ag층이 islands의 모양에서 연속적으로 연결되는 변화과정 중에 SPR현상이 일어남을 알 수 있다. 여기서, 대항 타겟 스퍼터 시스템을 이용하여 성막한 ITO/Ag/ITO 다층박막을 OLED 또는 inverted OLEDs의 top 전극으로의 적용 가능성을 보이고 있다.
광학용 유전체 다층박막의 증착시 높은 열로 인해 형성되는 층간확산의 광학적 효과를 연구하였다. 연속적으로 변하는 굴절률 분포함수를 갖고 하나의 부분구조가 주기적으로 반복되는, 다층박막의 광특성 계산방법을 제시한다. 이 방법을 이용하여 Fabry-Perot형 여과막, 넓은 영역에 걸쳐 높은 반사율을 갖는 전반사경 및 반사 방지막에 대해 층간확산이 미치는 영향을 계산하여 투과 및 반사 스펙트럼을 얻었다. 층간확산으로 인하여 전반사경의스펙트럼 대역폭이 줄어들었으며 다층 반사방지막의 경우층의 수가 많을 때 특성이 악화되고 파장에 따른 반사율의 변화가 크게 되었다.
고 에너지 X선을 이용하는 응용에서 다층박막 거울은 매우 유용하다. 고 에너지 X선은 매우 짧은 다층박막 두께주기를 요구한다. 두께주기가 수 나노미터로 매우 짧기 때문에 다층박막을 형성하는 층들은 서로 계면 거칠기나 상호확산에 영향을 준다. 3.25nm의 두께주기를 갖는 C/W 다층박막 거울에서 1nm의 탄소 층의 특성을 살펴보았다. 탄소의 두께가 1nm로 매우 얇아도 텅스텐과 탄소의 층들은 매우 균일하게 증착되었으며, 탄소층은 미세구조가 없는 미정질 구조를 보였다. 투과전자현미경의 회절 영상을 통해서 텅스텐과 탄소의 상호확산이 발생했다는 것을 알수있었다.
본 논문에서는 수치해석적 소자 모델링 기법을 이용하여 다층박막형 OLED(multilayer oraganic light emitting diode)에서의 전기적 특성을 연구하였다. 모델링을 위한 다층박막형 OLED 소자 구조로는 수치해석 결과에 대한 명확한 검증을 위해서 연구문헌들에 널리 적용되어진 ITO/CuPC/${\alpha}-NPD$/Alq3/ LiF/Al 구조를 채택하여 모델링하였다. 금회의 전류-전압 특성에 대한 수치해석 결과는 이전의 참고문헌들에 실험적으로 제시되어 있는 결과들과 일치되어짐을 확인하였다. 본 연구는 다층박막 OLED의 동작 메카니즘에 대한 완벽한 이해와 실제 소자에의 적용 가능성 검토를 목적으로 하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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