• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.86-86
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• 1999

본 연구에서는 마이크로파 유전체 소자로서의 응용 및 절연 산화막으로의 응용을 위해 마이크로파 유전체 세라믹으로 사용되어 온 MgTiO3 물질을 펄스 레이저로 박막을 제조하였다. MgTiO3 는 주로 고주파에서 높은 유전율을 갖고 높은 품질계수 (22.000 at 5 GHz) 혹은 낮은 유전손실을 갖으며 유전특성의 온도 안정성이 우수하여 유전체 세라믹 재료로 응용된다. MgTiO3 박막의 성장은 KrF(파장:248nm) 엑시머 레이저를 이용했으며 공정조건으로 박막의 성장온도는 500-75$0^{\circ}C$, 산소 압력은 10-5-200mTorr, 성장 후 냉각시 산소분위기는 200Torr, 레이저 에너지 밀도는 1.5-5J/cm2 등의 조건으로 박막을 성장하였다. MgTiO3 박막을 여러 가지 기판, 즉 Al2O3(r-plane), Si, Pt 위에 성장시켰으며 기판에 따라 에픽텍셜 혹은 다결정 상태를 갖는 ilmenite 구조로 성장되었다. PLD(Pulsed laser deposition)법에 의해 형성된 MgTiO3 박막을 보면, 우선 Al2O3(r-plane) 기판위에 성장된 경우 $700^{\circ}C$에서 에픽텍셜하게 성장하였으며, Si 기판 위에 성장된 경우 $650^{\circ}C$에서부터 (003)면으로 우선 배향된 단일상의 ilmenite 구조가 형성된다. Ptdnl에 성장된 경우 $600^{\circ}C$에서부터 (003)면으로 우선배향성을 가지며 $650^{\circ}C$에서 결정의 안정화를 이루었으나, MgTiO3 박막은 전기적 특성으로 유전특성 및 유전분산 특성 등이 측정 분석되어 MgTiO3 박막의 고주파 유전체로의 응용에 관한 가능성을 토의하였다.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.37 no.10
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• pp.1014-1020
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• 2000

RF 마크네트론 스퍼터법으로 Ce의 일부를 희토류 원소로 치환한 Ce$_{1-x}$RE$_{x}$O$_{2-y}$(0.1$\leq$x$\leq$0.4, RE=Y, Nd) 박막을 Si(111), $Al_2$O$_3$(1012) 기판 위에 1450~1$600^{\circ}C$로 소결한 target을 이용하여 성장시켰다. Ce$_{1-x}$RE$_{x}$O$_{2-y}$ 박막의 성장시 기판온도 및 증착시간 등을 변화시켜 성장시켰으며, 성장된 박막의 특성분석은 XRD, SEM, TEM으로 행하였다. 증착된 박막의 방향성 및 결정성장 거동은 증착온도 및 시간에 따라 차이를 보였다. Si(111) 기판 위에 증착된 Ce$_{1-x}$Y$_{x}$O$_{2-y}$(x=0.3) 박막의 경우, 80$0^{\circ}C$에 비해 7$50^{\circ}C$에서 증착 시간에 따른 (111) 우선배향성의 정도가 나은 결과를 보였으며, $Al_2$O$_3$(1012) 기판 위에 증착한 Ce$_{1-x}$Nd$_{x}$O$_{2-y}$(x=0.3) 박막 또는 (111) 우선배향성을 나타내었다.을 나타내었다.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.39 no.12
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• pp.1171-1176
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• 2002

The growth characteristics on the MgO thin films prepared by the e-beam evaporation method have been investigated. We observed the film of preferred orientation and surface morphology with various parameters such as substrate temperature, deposition rate on Si(100) and slide glass respectively. Consequently, it was shown that MgO(111) preferred orientation films can be obtained as the deposition rate was increased on Si(100) substrate. MgO(220) peak was found as the substrate temperature was increased. Whereas, in case of slide glass the orientation is changed from (200) to (111) by substrate temperature. Also we investigated the relationship between the film characteristics and the orientation of MgO thin films.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.37 no.11
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• pp.1097-1104
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• 2000

MOD(Metal-Organic-Decomposition)법에 의해 $Y_2$O$_3$버퍼층에 Pt/TiO$_2$/SiO$_2$/Si 기판 위에 제조한 후, 그 표면 위에 졸-겔 방법으로 YMnO$_3$박막을 형성하였다. 기판의 종류와 수화조건 변화가 YMnO$_3$박막의 결정화 거동에 미치는 영향을 고찰하였으며, 또한 $Y_2$O$_3$버퍼층 유.무에 따른 Mn의 산화상태를 확인하고 이에 따른 유전특성 변화를 연구하였다. $Y_2$O$_3$버퍼층을 삽입하지 않고 직접 기판 위에 형성한 YMnO$_3$박막의 결정상은 기판의 종류 및 Rw 변화에 관계없이 orthorhombic 구조임이 확인되었다. 반면, $Y_2$O$_3$버퍼층 위에 형성된 YMnO$_3$박막의 경우에는 Rw($H_2O$/alkoxide mole ratio)가 0~6 범위 내에서 낮아질술고 hexagonal 결정상 성장에 유리하였으며, 또한 Pt(111)/TiO$_2$/SiO$_2$/Si 기판이 Ptd(200)/TiO$_2$/SiO$_2$/Si에 비하여 결정상 형성에 용이하였다. $Y_2$O$_3$버퍼층은 YMnO$_3$결정상 내에서 $Mn^{4+}$ 이온형성을 억제함으로써 누설전류밀도가 크게 감소되는 효과를 주었으며, 동시에 강유전 특성을 지닌 hexagonal 결정상 형성에 유리하게 작용하였다. 결론적으로, $Y_2$O$_3$는 Pt가 코팅된 Si 기판 위에 YMnO$_3$박막 제조시 그 강유전 특성을 향상시켜주는 우수한 버퍼층 재료임을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2000.02a
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• pp.71-71
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• 2000

본 연구에서는 차세대 마이크로파 유전체 소자로서의 응용을 목적으로 펄스 레이저 방식에 의하여 증착된 MgTiO3 박막의 전기적 특성을 종합적으로 연구 분석하였다. 이를 바탕으로 MgTiO3 박막의 유전손실 등과 같은 열화를 야기시키는 박막 내부 또는 박막과 기판간의 결함의 특성을 파악하여 열화 메카니즘을 분석하였다. MgTiO3는 마이크로파 영역에서의 우수한 유전특성과 같은 낮은 유전손실을 가지며, 온도 안정성 또한 우수하다. 현재까지 벌크 세라믹 MgTiO3 의 응용 광범위하게 연구되어 왔으나 박막의 제조공정 및 전기적 특성 분석은 미흡한 형편이다. 따라서 벌크 세라믹과는 특성이 상이한 박막의 전기적 특성분석 및 연구가 필요하다. 분석을 위한 소자의 기본 구조로서 Metal-Insulator-Semiconductor(MIS) 구조를 채택하였다. MgTiO3 박막을 증착하기 위한 기판으로는 n형 Si(100)기판과 p형 Si(100)기판을 사용하였고, Si 기판 위에 급속 열처리기 (RTP)를 이용하여 SiO2를 ~100 두께로 성장시킨 것과 성장시키지 않은 것으로 구분하여 제작하였다. MgTiO3 박막은 펄스 레이저 증착 방식(PLD)에 의하여 약 2500 두께로 증착되었으며, 200mTorr 압력의 산소 분위기 하에서 기판의 온도를 40$0^{\circ}C$~55$0^{\circ}C$까지 5$0^{\circ}C$간격으로 변화시키며 제작하였다. 상하부의 전극 금속으로는 Al을 이용하였으며, 열증발 증착기로 증착하였다. 증착된 MgTiO3 박막의 결정구조를 확인하기 위하여 XRD 분석을 수행하였으며, 박막의 전기적 특성을 분석하기 위해 Boonton7200 C-V 측정기와 HP4140P를 이용한 경우에는 C-V 곡선에 이력현상이 나타났으나, MgTiO3/SiO2를 이용한 경우에는 이력현상이 나타나지 않았고, 유전율은 감소하는 것으로 나타났다. I-V 측정 결과, 절연층으로 MgTiO3/SiO2를 이용한 경우에는 MgTiO3만을 절연층으로 사용한 경우에 비해 동일한 전계에서 낮은 누설전류 값을 가짐을 알 수 있었다. 또한 박막의 증착온도가 증가함에 따라서 C-V 곡선의 위치가 양의 방향으로 이동함을 확인하였다. 위의 현상은 기판의 종류에 관계없이 발생하는 것으로 보아 벌크 또는 계면에 존재하는 결함에 의한 것으로 추정된다. 현재 C-V 곡선의 이동 원인과 I-V 곡선의 누설전류 메카니즘을 분석 중에 있으며 그 결과를 학회에서 발표할 예정이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.114-114
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• 2010

최근 고용량의 디커플링 캐패시터를 기판에 내장하여 고주파 발생의 원인인 배선길이와 실장 면적을 획기적으로 줄이는 임베디드 디커플링 캐패시터에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만 기존의 공정들은 높은 공정온도와 같은 공정상의 한계를 가지고 있어 상온 저 진공 분위기에서 세라믹 분말을 기판에 고속 분사시켜 기공과 균열이 거의 없는 치밀한 나노구조의 세라믹 제작이 가능한 후막코팅기술인 Aerosol Deposition Method (ADM)에 착목하였으며, 이 ADM을 박막공정으로 응용하여 $BaTiO_3$ 박막을 제작하고 고용량의 디커플링 캐패시터 제작을 실현하고자 한다. 하지만, Cu 기판 상에 성막 된 $0.5\;{\mu}m$이하의 $BaTiO_3$ 박막에서는 $BaTiO_3$ 분말 내에 존재하는 평균입자 보다 큰 입자와 응집분말로 인해 발생하는 pore, crater, not-fully-crushed particles와 같은 거시적인 결함들에서의 전류 통전과 울퉁불퉁한 $BaTiO_3$ 박막과 기판 사이의 계면에서의 전계의 집중에 의한 전류의 증가로 인하여 큰 누설전류 발생하는 문제에 봉착하였다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 제시된 효과적인 방법으로 Stainless steel 기판과 같이 표면경도가 높은 기판을 사용하는 것이며, 이를 통해 $0.2\;{\mu}m$의 두께까지 유전 $BaTiO_3$ 박막을 성막 할 수 있었으며, 치밀한 표면 미세구조와 줄어든 $BaTiO_3$ 박막과 기판 사이의 계면의 거칠기를 확인하였다. 하지만, $BaTiO_3$ 박막 내에 발생하는 누설전류의 근본원인을 확인하기 위해서는 누설전류에 대한 미시적인 접근이 더욱 요구된다. 이에 본 연구에서는 누설전류 발생원인의 미시적 접근을 위해 두께에 따른 $BaTiO_3$ 박막의 누설전류 전도기구에 대한 조사하였으며, 이를 통해 $BaTiO_3$ 박막내 발생하는 누설전류의 원인은 $BaTiO_3$막 내에서 donor로서 역할을 하는 oxygen vacancy와 불균일한 전계의 집중으로 인한 전자의 tunneling 현상임을 확인할 수 있었다. 또한, Nano-indenter와 Conductive atomic force microscopic를 이용한 정밀 측정을 통해 표면경도의 중요성을 재확인하였으며 $BaTiO_3$ 박막의 두께가 $0.2\;{\mu}m$이하로 더욱 얇아지게 되면 입자간 결합 문제 또한 ADM을 박막화 하는데 있어 중요한 요소임을 확인하였다.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.33 no.4
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• pp.371-378
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• 1996

• Proceedings of the Korean Ceranic Society Conference
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• 2004.10a
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• pp.99.1-99.1
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• 2004

• Proceedings of the Korean Ceranic Society Conference
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• 2000.04a
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• pp.96.2-96.2
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• 2000

• Proceedings of the Korean Ceranic Society Conference
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• 2004.04b
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• pp.46.4-46.4
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• 2004