• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.20 no.5
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• pp.216-220
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• 2010

Ni-Fe alloys have various applications such as thin film inductor, thin film transformer, magnetic head's shield case, etc. Magnetic properties of Ni-Fe thin films depend on the process parameters such as thickness, contents, deposition rate, substrates, etc. In this study, NiFe films with a thickness of about 150nm were deposited on Si(100) wafer and $SiO_2$/Si(100) substrate at room temperature by a DC magnetron co-sputtering using Fe and Ni targets. Their phase formation and magnetic properties as a function of annealing temperature were investigated with XRD, FE-SEM and VSM. The assputtered films have BCC structure. With increasing annealing temperature, NiFe thin film for $SiO_2$/Si(100) substrate transformed completely from BCC to FCC phase above $500^{\circ}C$, but some BCC phase remained above $500^{\circ}C$ on Si(100) wafer. For samples annealed at $450^{\circ}C$, squareness ratio of NiFe thin film shows peak value and its saturation magnetization is around 0.0118 emu, which means that the optimum annealing temperature of NiFe thin film seems to be $450^{\circ}C$. The saturation magnetization of films decreased rapidly above the annealing temperature of $500^{\circ}C$ due to phase transformation from BCC to FCC phase.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.11 no.3
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• pp.215-220
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• 2001

Amorphous Ti-Si-N films of approximately 200 and 650 thickness were reactively sputtered on Si wafers using a dc magnetron sputtering system at various $N_2$/Ar flow ratios. Their barrier properties between Cu (750 ) and Si were investigated by using sheet resistance measurements, XRD, SEM, RBS, and AES depth profiling focused on the effect of the nitrogen content in Ti-Si-N thin film on the Ti-Si-N barrier properties. As the nitrogen content increases, first the failure temperature tends to increase up to 46 % and then decrease. Barrier failure seems to occur by the diffusion of Cu into the Si substrate to form Cu$_3$Si, since no other X- ray diffraction intensity peak (for example, that for titanium silicide) than Cu and Cu$_3$Si Peaks appears up to 80$0^{\circ}C$. The optimal composition of Ti-Si-N in this study is $Ti_{29}$Si$_{25}$N$_{46}$. The failure temperatures of the $Ti_{29}$Si$_{25}$N$_{465}$ barrier layers 200 and 650 thick are 650 and $700^{\circ}C$, respectively.ely.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2000.02a
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• pp.72-72
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• 2000

ITO(Indium-Tin-Oxide)는 n-type 전도 특성을 갖는 산화물 반도체로서 가시광 영역에서의 높은 광투과율 및 낮은 전기 비저항을 나타내기 때문에 태양전지, 액정디스플레이(liquid crystal display), 터치스크린(touch screen) 등의 투명전극 재료, 전계 발광(electroluminescent) 소자, 표면발열체, 열반사 재료 등 다양한 분야에 응용되고 있다. 본 연구에서는 타겟 제작에 드는 비용을 줄이고, 타겟 이용의 효율성을 높이기 위해 기존의 세라믹 타겟 대신 분말 타겟을 사용하여 유리 기판 상에 ITO 박막을 DC magnetron sputtering법에 의해 제조하고, 열처리 온도 및 열처리 분위기에 따른 ITO 박막의 전기적 광학적 특성을 조사하였다. 열처리 온도가 10$0^{\circ}C$이하인 경우 열처리하지 않은 시편과 동일하게 In2O3의 (411)면에 해당하는 peak가 관찰되었다. 그러나 20$0^{\circ}C$의 온도로 열처리 할 경우 (411)면 peak의 세기는 상대적으로 감소하고 대신 이전에 나타나지 않았던 (222)면에 대응하는 peak 세기가 현저하게 증가함을 알 수 잇다. 이것은 ITO 박막의 경정성장이 열처리 전 (411)면 방향으로 이루어지나 20$0^{\circ}C$의 온도로 열처리 후 재결정화에 의해 (222)면 방향으로의 우선방위를 갖고 성장함을 의미한다. 또한 주로 높은 기판온도에서 관찰되었던 (211), (400), (411), (440), (622)면 등에 해당하는 peak가 나타남을 볼 수 있었다. 열처리 온도를 더욱 증가시킴에 따라 결정구조에는 큰 변화 없이 (222)면 peak 세기가 증가하였다. 한편 열처리 온도를 더욱 증가시킴에 따라 (222)면 peak 세기가 상대적으로 조금 감소할뿐 XRD회절 결과에는 큰 변화를 관찰할 수 없었다. 이러한 결과로부터 기판을 가열하지 않고 증착한 ITO 박막의 재결정화에 필요한 최소의 열처리 온도는 20$0^{\circ}C$이며, 그 이상의 열처리 온도는 ITO박막의 결정구조에 큰 영향을 미치지 않음을 알 수 있었다. 열처리 전 비저항은 1.1$\times$10-1 $\Omega$-cm 의 값을 가지거나 10$0^{\circ}C$의 온도로 열처리함에 따라 9.8$\times$102$\Omega$-cm 로 약간 감소하였다. 열처리 온도를 20$0^{\circ}C$로 높임에 따라 비저항은 급격히 감소하여 1.7$\times$10-3$\Omega$-cm의 최소값을 나타내었다. 열처리 온도가 10$0^{\circ}C$인 경우 가시광 영역에서의 광투과율은 열처리하지 않은 시편과 비교해 볼 때 약간 증가하였다. 열처리 온도는 20$0^{\circ}C$로 증가시킴에 따라 투과율은 크게 향상되어 흡수단 이상의 파장영역에서 90% 이상의 투과율을 나타내었다. 이러한 광투과율의 향상은 앞서 증착된 ITO 박막이 열처리 중 재결합에 의해 우선 성장 방위가 (411)면 방향에서 (222)면 방향으로 변화되었기 때문으로 생각된다. 그러나 열처리 온도를 20$0^{\circ}C$이상으로 증가시켜도 광투과율은 큰 변화를 나타내지 않았다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.155.2-155.2
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• 2013

Strain-relaxed SiGe layer on Si substrate has numerous potential applications for electronic and opto- electronic devices. SiGe layer must have a high degree of strain relaxation and a low dislocation density. Conventionally, strain-relaxed SiGe on Si has been manufactured using compositionally graded buffers, in which very thick SiGe buffers of several micrometers are grown on a Si substrate with Ge composition increasing from the Si substrate to the surface. In this study, a new plasma process, i.e., the combination of PIII&D and HiPIMS, was adopted to implant Ge ions into Si wafer for direct formation of SiGe layer on Si substrate. Due to the high peak power density applied the Ge sputtering target during HiPIMS operation, a large fraction of sputtered Ge atoms is ionized. If the negative high voltage pulse applied to the sample stage in PIII&D system is synchronized with the pulsed Ge plasma, the ion implantation of Ge ions can be successfully accomplished. The PIII&D system for Ge ion implantation on Si (100) substrate was equipped with 3'-magnetron sputtering guns with Ge and Si target, which were operated with a HiPIMS pulsed-DC power supply. The sample stage with Si substrate was pulse-biased using a separate hard-tube pulser. During the implantation operation, HiPIMS pulse and substrate's negative bias pulse were synchronized at the same frequency of 50 Hz. The pulse voltage applied to the Ge sputtering target was -1200 V and the pulse width was 80 usec. While operating the Ge sputtering gun in HiPIMS mode, a pulse bias of -50 kV was applied to the Si substrate. The pulse width was 50 usec with a 30 usec delay time with respect to the HiPIMS pulse. Ge ion implantation process was performed for 30 min. to achieve approximately 20 % of Ge concentration in Si substrate. Right after Ge ion implantation, ~50 nm thick Si capping layer was deposited to prevent oxidation during subsequent RTA process at $1000^{\circ}C$ in N2 environment. The Ge-implanted Si samples were analyzed using Auger electron spectroscopy, High-resolution X-ray diffractometer, Raman spectroscopy, and Transmission electron microscopy to investigate the depth distribution, the degree of strain relaxation, and the crystalline structure, respectively. The analysis results showed that a strain-relaxed SiGe layer of ~100 nm thickness could be effectively formed on Si substrate by direct Ge ion implantation using the newly-developed PIII&D process for non-gaseous elements.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.16 no.6
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• pp.768-771
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• 2005

The deposition of silicon nitride ($SiN_x$) thin films was carried out on $SiO_2/Si$ substrate at room temperature by reactive dc magnetron sputtering. The analysis of deposited $SiN_x$ films using x-ray photoelectron spectroscopy indicated that the composition of $SiN_x$ films was Si-rich. The deposited $SiN_x$ thin films were annealed by varying annealing temperature and time. X-ray diffraction (XRD) analysis was performed in order to examine the crystallization of Si in $SiN_x$ thin films. The optical and electrical properties of $SiN_x$ thin films were measured for the observation of Si nanodot. As a result, we observed the XRD peaks that might be the Si crystals. As the annealing time and annealing temperature increased, the photoluminescence intensity of $SiN_x$ films gradually increased. The capacitance-voltage characteristics of $SiN_x$ film measured before and after annealing indicated that the trap effect of electrons or holes occurred due to the existence Si nanodots in the $SiN_x$ thin films.

• Korean Journal of Optics and Photonics
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• v.13 no.5
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• pp.455-459
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• 2002

The transport and optical properties of $In_2O_3$:Zn(IZO) thin films grown by DC magnetron sputtering deposition have been studied. The deposition temperatures ($T_s$) were varied from room temperature to $400^{\circ}C$ in $50^{\circ}C$ steps. The IZO films are an amorphous phase for $T_s$<$300^{\circ}C$ and polycrystalline phase for $350^{\circ}C$＜$T_s$. In contrast to ordinary films, amorphous IZO films have lower resistivity and higher optical transmittance than polycrystalline IZO films. The resistivity of amorphous IZO was in the range of 0.29~0.4 m$\Omega$cm and that of polycrystalline IZO was in the range of 1~4 m$\Omega$cm. The carrier type for IZO film was found to be n-type, and the carrier density, was $3~5{\times}10^{20}/cm^3$. The Hall mobility, $({\mu}_H)$, was 20~$50\textrm{cm}^2$/V.sec. The predominant scattering mechanisms in both amorphous and polycrystalline IZO films were believed to be ionized impurity scattering and lattice scattering. The visible transmittance of the IZO films, which decreases with an increase of TS, was above 80%.

• Journal of the Korean institute of surface engineering
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• v.56 no.2
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• pp.147-151
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• 2023

Transparent ZnO (100 nm thick) and ZnO/Ti/ZnO (ZTZ) films were prepared with radio frequency (RF) and direct current (DC) magnetron sputtering on the glass substrate at room temperature. During the ZTZ film deposition, the thickness of the Ti interlayer was varied, such as 6, 9, 12, and 15 nm, while the thickness of ZnO films was kept at 50 nm to investigate the effect of the Ti interlayer on the crystallization and opto-electrical performance of the films. From the XRD pattern, it is concluded that the 9 nm thick Ti interlayer showed some characteristic peaks of Ti (200) and (220), and the grain size of the ZnO (002) enlarged from 13.32 to 15.28 nm as Ti interlayer thickness increased. In an opto-electrical performance observation, ZnO single-layer films show a figure of merit of 1.4×10^-11 Ω^-1, while ZTZ films with a 9 nm-thick Ti interlayer show a higher figure of merit of 2.0×10^-5 Ω^-1.

• Proceedings of the Korea Crystallographic Association Conference
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• 2002.11a
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• pp.45-47
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• 2002

반도체 소자의 고집적화 및 고속화가 요구됨에 따라 MOSFET 구조의 게이트 절연막으로 사용되고 있는 SiO₂ 박막의 두께를 감소시키려는 노력이 이루어지고 있다. 0.1㎛ 이하의 소자를 위해서는 15Å 이하의 두께를 갖는 SiO₂가 요구된다. 하지만 두께감소는 절연체의 두께와 지수적인 관계가 있는 누설전류를 증가시킨다[1-3]. 따라서 같은 게이트 개패시턴스를 유지하면서 누설전류를 감소시키기 위해서는 높은 유전상수를 갖는 두꺼운 박막이 요구되는 것이다. 그러므로 약 25정도의 높은 유전상수를 갖고 5.2～7.8 eV 정도의 비교적 높은 bandgap을 갖으며, 실리콘과 열역학적으로 안정한 물질로 알려진 HfO2[4-5]가 최근 큰 관심을 끌고 있다. 본 연구에서는 HfO₂ 박막을 실제 소자에 적용하기 위하여 전극 및 열처리에 따른 HfO₂ 박막의 미세구조 및 전기적 특성에 관한 연구를 수행하였다. 이를 위해, HfO₂ 박막을 reactive DC magnetron sputtering 방법으로 증착하고, XRD, TEM, XPS를 사용하여 ZrO₂ 박막의 미세구조를 관찰하였으며, MOS 캐패시터 구조의 C-V 및 I-V 특성을 측정하여 HfO₂ 박막의 전기적 특성을 관찰하였다. HfO₂ 타겟을 스퍼터링하면 Ar 스퍼터링에 의해 에너지를 가진 산소가 기판에 스퍼터링되어 Si 기판과 반응하기 때문에 HfO₂ 박막 형성과 더불어 Si 기판이 산화된다[6]. 그래서 HfO₂같은 금속 산화물 타겟 대신에 순수 금속인 Hf 타겟을 사용하고 반응성 기체로 O₂를 유입시켜 타겟이나 시편위에서 high-k 산화물을 만들면 SiO/sub X/ 계면층을 제어할 수 있다. 이때 저유전율을 갖는 계면층은 증착과 열처리 과정에서 형성되고 특히 500℃ 이상에서 high-k/Si를 열처리하면 계면 SiO₂층은 증가하는 데, 이것은 산소가 HfO₂의 high-k 박막층을 뚫고 확산하여 Si 기판을 급속히 산화시키기 때문이다. 본 방법은 증착에 앞서 Si 표면을 희석된 HF를 이용해 자연 산화막과 오염원을 제거한 후 Hf 금속층과 HfO₂ 박막을 직류 스퍼터링으로 증착하였다. 우선 Hf 긍속층이 Ar 가스 만의 분위기에서 증착되고 난 후 공기중에 노출되지 않고 연속으로 Ar/O₂ 가스 혼합 분위기에서 반응 스퍼터링 방법으로 HfO₂를 형성하였다. 일반적으로 Si 기판의 표면 위에 자연적으로 생기는 비정질 자연 산화막의 두께는 10～15Å이다. 그러나 Hf을 증착한 후 단면 TEM으로 HfO₂/Si 계면을 관찰하면 자연 산화막이 Hf 환원으로 제거되기 때문에 비정질 SiO₂ 층은 관찰되지 않았다. 본 실험에서는 HfO2의 두께를 고정하고 Hf층의 두께를 변수로 한 게이트 stack의 물리적 특성을 살펴보았다. 선증착되는 Hf 금속층을 0, 10, 25Å의 두께 (TEM 기준으로 한 실제 물리적 두께) 로 증착시키고 미세구조를 관찰하였다. Fig. 1(a)에서 볼 수 있듯이 Hf 금속층의 두께가 0Å일때 13Å의 HfO₂를 반응성 스퍼터링 방법으로 증착하면 HfO₂와 Si 기판 사이에는 25Å의 계면층이 생기며, 이것은 Ar/O₂의 혼합 분위기에서의 스퍼터링으로 인한 Si-rich 산화막 또는 SiO₂ 박막일 것이다. Hf 금속층의 두께를 증가시키면 계면층의 성장은 억제되는데 25Å의 Hf 금속을 증착시키면 HfO₂ 계면층은 10Å미만으로 관찰된다. 그러므로 Hf 금속층이 충분히 얇으면 플라즈마내 산소 라디칼, 이온, 그리고 분자가 HfO₂ 층을 뚫고 Si 기판으로 확산되어 SiO₂의 계면층을 성장시키고 Hf 금속층이 두꺼우면 SiO/sub X/ 계면층을 환원시키면서 Si 기판으로의 산소의 확산은 막기 때문에 계면층의 성장은 억제된다. 따라서 HfO₂/Hf(Variable)/Si 계에서 HfO₂ 박막이 Si 기판위에 직접 증착되면, 순수 HfO₂ 박막의 두께보다 높은 CET값을 보이고 Hf 금속층의 두께를 증가시키면 CET는 급격하게 감소한다. 그러므로 HfO₂/Hf 박막의 유효 유전율은 단순 반응성 스퍼터링에 의해 형성된 HfO₂ 박막의 유전율보다 크다. Fig. 2에서 볼 수 있듯이 Hf 금속층이 너무 얇으면 계면층의 두께가 두꺼워 지고 Hf 금속층이 두꺼우면 HfO₂층의 물리적 두께가 두꺼워지므로 CET나 EOT 곡선은 U자 형태를 그린다. Fig. 3에서 Hf 10초 (THf=25Å) 에서 정전 용량이 최대가 되고 CET가 20Å 이상일 때는 high-k 두께를 제어해야 하지만 20Å 미만의 두께를 유지하려면 계면층의 두께를 제어해야 한다.

• Journal of the Korean Magnetics Society
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• v.7 no.5
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• pp.265-273
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• 1997

The MR ratios and the exchange biasing field and interlayer coupling field were investigated in $Ni_{91}Fe_{19}/Co_{90}Fe_{10}/Cu/Co_{90}Fe_{10}/NiO$ spin-valve sandwiches grown on antiferromagnetic NiO films as a function of the NiO thickness, the thickness of Cu and pinning layer $Co_{90}Fe_{10}$. The spin-valve sandwiches were deposited on the Corning glass 7059 by means of the 3-gun dc and 1-gun rf magnetron sputtering at a 5 mtorrpartial Ar pressure and room temperature. The deposition field was 50 Oe. The MR curve was measured by the four-terminal method with applied magnetic soft bilayer [NiFe/CoFe] (90$\AA$) decreased dramatically to less than 10 Oe when the NiFe/CoFe bilayer used an NiFe bilayer thicker that 20$\AA$. So NiFe layer improved the softmagnetic properties in the NiFe/CoFe bilayer. The GMR ratio and the magnetic field sensitivity of the spin-valve film $Ni_{91}Fe_{19}(40{\AA})/Co_{90}Fe_{10}(50{\AA}) /Cu(30{\AA})/Co_{90}Fe_{10}(35{\AA})/NiO(800{\AA})$ was 6.3% and about 0.5 (%/Oe), respectively. The MR ratio had 5.3% below an annealing temperature of 20$0^{\circ}C$ which slowly decreased to 3% above 30$0^{\circ}C$. The large blocking temperature of the spin-valve film was taken (as being) due to the good stability of the NiO films. Thus, the spin-valve films with a free NiFe/CoFe layer clearly had a high large GMR output and showed a effective magnetic field sensitivity for a suitable spin-valve head material.