The surface morphology and structural properties of polycrystalline silicon (poly-Si) films made in-situ aluminum induced crystallization at various substrate temperature (300~600) was investigated. Silicon films were deposited by hot-wire chemical vapor deposition (HWCVD), as the catalytic or pyrolytic decomposition of precursor gases SiH4 occurs only on the surface of the heated wire. Aluminum films were deposited by DC magnetron sputtering at room temperature. continuous poly-Si films were achieved at low temperature. from cross-section TEM analyses, It was confirmed that poly-Si above $450^{\circ}C$ was successfully grown on and poly-Si films had (111) preferred orientation. As substrate temperature increases, Si(111)/Si(220) ratio was decreased. The electrical properties of poly-Si film were investigated by Hall effect measurement. Poly-Si film was p-type by Al and resistivity and hall effect mobility was affected by substrate temperature.
실리콘의 고압상을 연구하는 수단으로 압입 방법을 사용하였다. 실험에는 (100)과 (111) 실리콘 웨이퍼를 사용하였으며 하중유지 시간과 하중인가 속도에 따른 잔류상의 변화를 연구하였다. 압입 후의 상분석에는 Raman spectroscopy를 사용하였다. 하중 유지 시간의 실험결과 (111) 시편에서는 하중 유지 시간이 길어질수록 소성변형이 진행되어 고압상인 Si-III 와 Si-XII는 결정구조를 유지하지 못하고 사라지고 대신 a-Si가 관찰되었다. 하중 인가 속도 실험 결과 하중 인가 속도가 0.1 mm/min일 경우 모든 시편의 force/displacement 곡선에서 pop-in을 관찰할 수 있었다. Raman peak 분석 결과 이들 시편에서는 상전이가 관찰되었다. 5 mm/min의 하중인가 속도의 경우 (111) 시편에서는 급격한 변형의 증가 부분이 관찰되었으나 (100) 시편의 경우 관찰되지 않았다. 하중인가 속도가 느릴 경우 상전이 양상이 뚜렷하게 나타났으며 반대의 경우 상전이는 소량 관찰되거나 관찰되지 않았다. 이것은 하중인가속도가 상전이 영역의 부피에 영향을 주기 때문이라 판단된다.
Si 산화는 반도체 공정상 필요한 과정으로 산업적으로나 학문적으로 중요하고 많이 연구되었다. 이중에서 Si(1110-7x7표면에서 초기 흡착된 산소는 준안정적 상태로 존재하며 표면온도, 산소의 노출량 그리고 진공도에 따라 그 수명이 제한된다. 이러한 준안정적 상태의 산소의 화학적 성질은 여러 표면분석장비가 동원되어 연구되었으나 아직까지 논쟁이 되고 있다. 이 경우 산소가 어떤 상태로 존재하는가는 표면화학종을 검출함으로서 해결될 수 있다. 저에너지 Cs+ 이온 반응성 산란은 이러한 요구를 충족시킬수 있는 가장 적합한 실험 방법중의 하나이다. 저에너지 Cs+ 이온 산란의 특징 중의 하나는 입사된 Cs+ 이온이 표면에 흡착된 화학종과 충돌후 탈착되면서 반응을 하여 송이 이온을 형성한다는 것이다. 이 송이 이온을 관측함으로서 표면에 존재하는 화학종을 알아 낼 수 있다. 이에 산소가 흡착된 Si(111)-7x7 표면에서의 산소의 준안정적 상태가 저에너지 Cs+ 이온 산란 실험을 통하여 연구되었다. 실험은 0.2-2L(1Langmuir = 10-6 Torr x 1 sec) 산소 노출량과 -15$0^{\circ}C$ - $25^{\circ}C$의 표면온도 그리고 5eV - 20eV의 Cs+ 이온 충돌에너지에서 CsSiO+ 이온이 유일한 생산물로서 검출되었다. CsSiO+ 이온은 입사된 Cs+ 이온과 표면에 존재하는 SiO 분자가 충돌 후 반응하여 탈착된 것으로 생각된다. 이것은 낮은 산소 노출량 즉, 초기 산화 단계에서 SiO가 표면에 존재한다는 것을 의미한다. 즉, 산소 분자는 산화단계의 초기에 해리되어 표면에 흡착되고 선구물질인 SiO를 형성함을 제시한다. 최근의 이론적 계산인 density functional calculation에서도 산소분자가 Si(111)-7$\times$7 표면의 준안정적 산화상태의 선구물질일 가능성을 배제한다. 이는 본 저에너지 Cs+ 이온 반응성 산란실험을 뒷받침하는 계산 결과이다. 높은 Cs+ 이온 충돌에너지에서 CsSi+, Si+, SiO+, Si2+, Si2O+ 등이 추가로 검출되었다. 이는 CsSi 이온을 제외하고 수 keV의 충돌에너지를 사용하는 이차 이온 질량 분석법과 비슷한 결과이다.
Kim, Jung-Hyun;Han, Seok-Kyu;Hong, Soon-Ku;Lee, Jae-Wook;Lee, Jeong-Yong;Song, Jung-Hoon;Yao, Takafumi
한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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한국전기전자재료학회 2009년도 추계학술대회 논문집
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pp.115-115
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2009
Epitaxial ZnO film was grown on Si(111) substrate with oxidazed CrN buffer by plasma-assisted molecular beam epitaxy (PAMBE). The growth and structural properties are investigated. The single crystalline growth was revealed by in-situ RHEED analysis. Crystalline quality of ZnO film grown on oxidized CrN buffer was investigated by the X-ray rocking curves. The FWHMs of (0002) XRCs was $1.379^{\circ}$. This value was smaller than the ZnO film grown directly on (111) Si substrate.
Si(111)7 $\times$ 7 위에 Mg를 흡착시켜 표면구조의 변화를 RHEED(Reflection High Energy Electron diffraction) 와 XPS(X-ray PhotoelectronSpectroscopy)를 이용하여 연구하였다. RT ~20$0^{\circ}C$까지의 기판온도에서 증착량의 증가에 따라 표면구조는 (7$\times$7)에서 diffused (1$\times$1) 그리고 (2 3 3 $\times$2√3√3-R30$^{\circ}$) 구조로 변화하였다. 또한, 기판온도를 증가시킴에 따라 (1$\times$1), three domain(3$\times$1) 등의 구조를 볼 수 있었고, 특히 , $450^{\circ}C$의 기판온도에서는 single domain (3$\times$1) 구조를 최초로 관측하였다. 이렇게 형성된 각 구조에 대한 Mg KLL과 Si2p의 XPS peak intensity ratio를 증착량의 증가에 따라 측정하여 각기 다른 온도에서의 Mg 성장에 대한 메카니즘을 제시하였다.
ECR 산소 플라즈마를 사용한 건식산화법에 의해 두 가지 실리콘 배향에 대하여 실리콘 산화막을 제조한 후 Deal-Grove(D-G)모델과 Wolters-Zegers-van Duynhoven (W-Z)모델에 적용하여 시간에 따르는 막 두께의 변화를 살펴보았으며 산화속도와 산화막의 표면 morphology의 상관관계를 조사하였다. 실리콘 산화막의 두께는 Si(100)과 Si(111) 모두 반응 시간이 짧은 영역에서 선형적으로 증가하였으나 반응시간이 경과함에 따라 화학반응 속도 보다 산화막을 통과하는 반응성 라디칼들의 확산이 율속단계로 작용하여 산화속도의 증가폭이 다소 둔화되었다. D-G모델과 W-Z모델에서 확산 및 반응속도는 Si(100)보다 Si(111)이 더 큰 값을 갖기 때문에 반응속도는 1.13배 더 크게 나타났으며 이들 모델은 실험 값과 잘 일치하였다. 표면 morphology는 산화 속도가 증가해도 식각현상이 일어나지 않는 실험 조건에서 산화막의 표면 조도가 일정하였으며, 기판의 위치가 하단 전자석에 근접하고 마이크로파 출력이 증가하여 식각현상이 일어나는 실험 조건에서 표면 조도는 산화속도와 관계없이 크게 나타났다.
In-situ X-선 산란 방법을 이용하여 R.F. 스퍼터링 방법에 의하여 성장시킨 AIN/Si(111)박막의 우선성장과 표면 거칠기의 성장 시간에 따른 변화를 연구하였다. 대부분 의 성장 조건하에서 초기의 AIN박막은 <001> 우선 성장 방위를 가지고 성장하였다. 하지 만 박막의 두께가 증가함에 따라 우선 성장 방위가 많이 바뀌었는데 이 현상은 높은 기판 온도와 높은 R.F. power에서 더욱 뚜렷이 나타났다. 이러한 현상은 <001> 성장 방위를 선 호하는 표면 에너지와 우선 성장 방위의 무질서도를 증가하게 하는 응력(strain)에너지에 관 련된 것으로 해석된다. 이 실험에서는 X-선 반사율을 측정하여 성장 도중의 표면 현상 또 는 연구하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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