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UBM 스퍼터링법으로 코팅한 벌크비정질합금(BMG) 박막의 특성 연구

  • Park, Hye-Seon;Yang, Ji-Hun;Jeong, Jae-Hun;Song, Min-A;Jeong, Jae-In;Sin, Seung-Yong;Mun, Gyeong-Il
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • 2013.02a
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    • pp.335-335
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    • 2013
  • 최근 다기능 소재의 개발이 필요함에 따라 서로 상반되는 2가지 이상의 물성을 동시에 구현할 수 있는 소재의 개발이 요구되고 있다. 4 성분계 물질을 단일 타겟으로 제조함으로써 다수의 타겟을 이용하는 기존 PVD 방법의 복잡성과 재형성 등의 문제점을 해결하고 다기능성을 구현할 수 있는 코팅막을 제조할 수 있게 된다. 본 연구에서는 제조된 4 성분계 모물질을 UBM 최근 다기능 소재의 개발이 필요함에 따라 서로 상반되는 2가지 이상의 물성을 동시에 구현할 수 있는 소재의 개발이 요구되고 있다. 4 성분계 물질을 단일 타겟으로 제조함으로써 다수의 타겟을 이용하는 기존 PVD 방법의 복잡성과 재형성 등의 문제점을 해결하고 다기능성을 구현 할 수 있는 코팅막을 제조할 수 있게 된다. 본 연구에서는 제조된 4 성분계 모물질을 UBM 스퍼터링법을 이용하여 질화 공정을 도출하였고 질소 함량에 따른 물리적 특성 및 박막의 특성에 대해 연구하였다. BMG (Bulk Metallic Glass) 타겟을 이용하여 마그네트론 스퍼터링법으로 박막을 코팅하였다. 시편은 Si wafer, SUS 그리고 부식 특성 평가를 실시하기 위하여 냉연강판을 사용하였다. 시편은 아세톤, 알코올로 각각 10분간 초음파 세척한 후 진공장비에 장착하여 Ar 분위기에서 글로우 방전으로 청정을 30분간 실시하였다. 시편청정이 끝나면 ~$10^{-6}$ Torr까지 진공 배기를 실시하고 Ar 가스를 주입하여 2.5 mTorr로 진공도를 유지하여 스퍼터링으로 박막 코팅을 실시하였다. 스퍼터링 파워는 약 0.6 kW (2.0 A)으로 고정하였고 질소 유량은 0~10 SCCM으로 변화시켜 BMG 박막을 코팅하였다. 질소가 첨가된 BMG 박막에서는 시편의 색상이 노란빛으로 나타났으며 이것은 타겟의 조성 중 가장 많이 함유되어있는 Zr이 질화되어 색상의 변화가 일어난 것으로 판단된다. BMG 코팅을 위해서 진공용기로 주입한 질소의 유량이 소량인 경우에도 BMG 코팅층에 비교적 많은 양의 질소가 존재하였고 일정량 이상에서는 BMG 코팅층에 존재하는 질소의 양이 포화되는 현상을 보였다. 질소 유량 3, 4 SCCM의 BMG 코팅층에서 ZrN (111), ZrN (200) Peak이 관찰되었다. BMG 코팅층의 경도 측정결과 Bias 50 V 인가 시 ~22 Gpa로 경도가 가장 높았다. BMG 코팅층의 내부식 특성을 평가하기 위해 염수분무 시험을 실시하였고 ~$10{\mu}m$의 두께를 갖는 BMG 코팅층에서 염수분무 시작 후 48시간 만에 적청이 발생하였다.

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Characterization and Fabrication of Tin Oxide Thin Film by RF Reactive Sputtering (RF Reactive Sputtering법에 의한 산화주석 박막의 제조 및 특성)

  • Kim, Young-Rae;Kim, Sun-Phil;Kim, Sung-Dong;Kim, Sarah Eun-Kyung
    • Korean Journal of Materials Research
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    • v.20 no.9
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    • pp.494-499
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    • 2010
  • Tin oxide thin films were prepared on borosilicate glass by rf reactive sputtering at different deposition powers, process pressures and substrate temperatures. The ratio of oxygen/argon gas flow was fixed as 10 sccm / 60 sccm in this study. The structural, electrical and optical properties were examined by the design of experiment to evaluate the optimized processing conditions. The Taguchi method was used in this study. The films were characterized by X-ray diffraction, UV-Vis spectrometer, Hall effect measurements and atomic force microscope. Tin oxide thin films exhibited three types of crystal structures, namely, amorphous, SnO and $SnO_2$. In the case of amorphous thin films the optical band gap was widely spread from 2.30 to 3.36 eV and showed n-type conductivity. While the SnO thin films had an optical band gap of 2.24-2.49 eV and revealed p-type conductivity, the $SnO_2$ thin films showed an optical band gap of 3.33-3.63 eV and n-type conductivity. Among the three process parameters, the plasma power had the most impact on changing the structural, electrical and optical properties of the tin oxide thin films. It was also found that the grain size of the tin oxide thin films was dependent on the substrate temperature. However, the substrate temperature has very little effect on electrical and optical properties.

A study on the gas reaction mechanism in catalyst/$SnO_2$ gas sensor (촉매/$SnO_2$ 가스 센서의 반응 구조에 관한 연구)

  • 이재홍;김창교;김진걸;조남인;김덕준
    • Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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    • v.7 no.2
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    • pp.276-283
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    • 1997
  • A dry impregnation method was used for preparing pellet type Pt/$SnO_2$ gas sensor. The crystal structure, direction of the crystal, crystal size and microstructure between the catalyst and the support ($SnO_2$) were characterized with electron diffraction analysis, transmission electron microscopy, scanning electron microscopy. The characterization indicates that when Pt/$SnO_2$ sample is calcined at $400^{\circ}C$, the Cl content associated with the Pt phase diminishes and the part of Pt is moved into $SnO_2$ support. This results in the enhancement of gas sensitivity. After the reactor with a Pt/$SnO_2$ sample was run with a flow rate of 30 sccm (a mixture of 0.5% $H_2$ in $_N2$) for a while, the resistance of $SnO_2$ was saturated, but the $SnO_2$ kept absorbing $H_2$ gas. This indicates that the surface state was saturated. For the 14 ppm $H_2$ gas, the sensitivity of Pt/$SnO_2$ devices was about 81% at an operating temperature of $300^{\circ}C$.

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Refractive Index Control by Dopant for Thick Silica films Deposited by FHD (FHD법에 의해 증착된 실리카막의 도펀트 첨가에 의한 굴절률 제어)

  • 김용탁;서용곤;윤형도;임영민;윤대호
    • Journal of the Korean Ceramic Society
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    • v.40 no.6
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    • pp.589-593
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    • 2003
  • Silica based Planar Lightwave Circuits (PLC) have been applied to various kinds of wave-guided optical passive devices. SiO$_2$ (buffer) and GeO$_2$-SiO$_2$ (core) thick films have been deposited by Flame Hydrolysis Deposition (FHD). The SiO$_2$ films were produced by the flame hydrolysis reaction of halide materials such as SiCl$_4$, POCl$_3$ and BCl$_3$ into an oxy-hydrogen torch. The P concentration increased from 2.0 to 2.8 at% on increasing the POCl$_3$/BCl$_3$ flow ratio. The refractive index increased from 1.4584 to 1.4605 on increasing the POC1$_3$/BC1$_3$ flow ratio from 0.6 to 2.6. The refractive index of GeO$_2$-SiO$_2$ films was controlled by the GeCl$_4$ flow rate. The refractive index increased from 1.4615 to 1.4809 on increasing the GeCl$_4$ flow rate from 30 to 120 sccm.

Water Vapor Permeability of SiO2 Oxidative Thin Film by CVD (CVD로 제작된 SiO2 산화막의 투습특성)

  • Lee, Boong-Joo;Shin, Hyun-Yong
    • The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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    • v.5 no.1
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    • pp.81-87
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    • 2010
  • In this paper, we have fabricated $SiO_2$ oxidation thin films by HDP-CVD(high density plasma-chemical vapor deposition) method for passivation layer or barrier layer of OLED(organic light emitting diode). We have control and estimate the deposition rate and relative index characteristics with process parameters and get optimized conditions. They are gas flow rate($SiH_4:O_2$=30:60[sccm]), 70 [mm] distance from source to substrate and no-bias. The WVTR(water vapor transmission rate) is 2.2 [$g/m^2$_day]. Therefore fabricated thin film can not be applied as passivation layer or barrier layer of OLED.

The Influence of He flow on the Si etching procedure using chlorine gas

  • Kim, J.W.;Park, J.H.;M.Y. Jung;Kim, D.W.;Park, S.S.
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • 1999.07a
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    • pp.65-65
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    • 1999
  • Dry etching technique provides more easy controllability on the etch profile such as anisotropic etching than wet etching process and the results of lots of researches on the characterization of various plasmas or ion beams for semiconductor etching have been reported. Chlorine-based plasmas or chlorine ion beam have been often used to etch several semiconductor materials, in particular Si-based materials. We have studied the effect of He flow rate on the Si and SiO2 dry etching using chlorine-based plasma. Experiments were performed using reactive ion etching system. RF power was 300W. Cl2 gas flow rate was fixed at 58.6 sccm, and the He flow rate was varied from 0 to 120 sccm. Fig. 1 presents the etch depth of si layer versus the etching time at various He flow rate. In case of low He flow rate, the etch rate was measured to be negligible for both Si and SiO2. As the He flow increases over 30% of the total inlet gas flow, the plasma state becomes stable and the etch rate starts to increase. In high Ge flow rate (over 60%), the relation between the etch depth and the time was observed to be nearly linear. Fig. 2 presents the variation of the etch rate depending on the He flow rate. The etch rate increases linearly with He flow rate. The results of this preliminary study show that Cl2/He mixture plasma is good candidate for the controllable si dry etching.

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Reactive ion etching of InP using $Cl_2/CH_4/H_2$ discharges ($Cl_2/CH_4/H_2$ 혼합기체를 이용한 InP 소재의 반응성 이온 에칭에 관한 연구)

  • 최익수;이병택;김동근;박종삼
    • Journal of the Korean Vacuum Society
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    • v.6 no.3
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    • pp.282-286
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    • 1997
  • Reactive ion etching (RIE) characteristics of InP in the $Cl_2$/ CH_4/H_2$ discharges was investigated, as a function of the rf power, substrate temperature and gas composition. It was observed that the etch rate increased as the rf power, sample temperature and/or $Cl_2$ gas concentration increased. Etch rate of about 0.9$\mu\textrm{m}$/min was obtained at the optimum condition of 150W rf power, $180^{\circ}C$ substrate temperature and $10Cl_2$ /$5CH_4/85H_2$ gas ratio. Polymer formation was completely suppressed by adding $Cl_2$ to the $CH_4$ /$H_2$ discharges.

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Characteristics Analysis and Manufacture of Ta2O5 Thin Films Prepared by Dual Ion-beam Sputtering Deposition with Change of Ar/O2Gas Flow Rate of Assist Ion Beam (이중 이온빔 스퍼터링 방식을 사용한 보조 이온빔의 Ar/O2가스 유량에 따른 Ta2O5 박막의 제조 및 특성분석)

  • 윤석규;김회경;김근영;김명진;이형만;이상현;황보창권;윤대호
    • Journal of the Korean Ceramic Society
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    • v.40 no.12
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    • pp.1165-1169
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    • 2003
  • The Ta$_2$O$_{5}$ thin film was deposited on Si-(III) and glass substrate with the change of Ar:O$_2$ gas flow rate in the assist ion gun by the Dual ion-Beam Sputtering (DIBS). As the $O_2$ gas flow of the assist ion gun was decreased, the deposition rate of the thin films decreased. The refractive index was fixed (2.11, at 1550 nm) without regarding to $O_2$ gas flow of the range 3∼12 sccm in assist ion gun. The condition of Ar:O$_2$=3:12 was formatted stoichiometry composition of Ta$_2$O$_{5}$ and the ms roughness was small (0.183 nm).

아크로 증착된 TiN 박막의 특성 연구

  • Jang, Seung-Hyeon;Yang, Ji-Hun;Park, Hye-Seon;Jeong, Jae-In
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • 2010.08a
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    • pp.177-177
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    • 2010
  • 티타늄 화합물은 뛰어난 물리적 특성과 인체 무해성을 가지고 있어 생체, 내식 및 내마모 재료 등에 널리 응용되고 있으며, 다양한 색상 구현을 통한 미려한 외관 등 기능성을 위한 표면처리 분야에도 많은 관심을 받고 있다. 이중 질화 티타늄은 금색을 대체할 수 있는 물질로 코팅방법과 기판온도, 바이어스, 질소유량 등과 같은 공정변수 제어를 통해 그 물성을 변화시킬 수 있어 기능적 측면과 함께 미려한 외관처리에 응용이 가능하다. 본 연구에서는 아크(cathodic arc) 코팅 시스템을 이용하여 다양한 조건에서 TiN 박막을 제조하고 그 특성을 평가하였다. 아크 장비는 화합물 박막을 코팅할 수 있는 아크 소스와 시편 홀더, 가스 주입구, 시편 가열장치 그리고 배기 장치로 구성되어 있고, 아크 소스에 장착된 타겟은 99.5%의 Ti 타겟을 사용하였다. 시편과 타겟 간의 거리는 약 31cm이며, 시편은 알코올과 아세톤으로 초음파 세척 된 강판(냉연 강판), 실리콘 웨이퍼를 사용하였다. 시편을 진공용기에 장착하고 ${\sim}10^{-6}$ Torr까지 진공배기를 실시하고, Ar 가스를 진공용기 내로 공급하여 ${\sim}10^{-4}$ Torr에서 시편에 bias (Pulse : 400V)를 인가한 후 아크를 발생시켜 약 5분간 청정을 실시하였다. 플라즈마 청정이 끝나면 시편에 인가된 bias를 차단하고, 질소 유량, 온도, bias, 시간 등의 공정변수에 따라 코팅을 실시하였다. 질소의 유량이 80sccm 일 때, Ti 금속 결정구조가 나타났는데, 이는 질소와 충분하게 반응하지 못한 Ti이 기판에 코팅되어 나타나는 현상으로 판단된다. 색상변화에서는 질소 유량이 증가함에 따라 노란색이 짙어지며, TiN은 시편에 인가되는 bias 전압이 높아질수록 붉은색이 증가하고, 온도에 따른 큰 변화는 관찰되지 않았다. 공정변수에 따른 반사율 변화는 TiN의 경우 질소 가스 유량이 200sccm, bias 150V, 공정 온도 200도에서 반사율이 가장 높았으며, 코팅 시간이 짧을수록 반사율이 높아지는 경향을 나타냈다. 따라서 본 연구에서 얻어진 결과를 외관 코팅 분야에 응용한다면 장식성과 외관의 경도, 내마모성, 내식성의 향상 등 많은 장점을 가질 것으로 예상된다.

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Fabrication and Electrochemical Analysis of Back-gate FET Based on Graphene for O2 Gas Sensor

  • Kim, Jin-Hwan;Choe, Hyeon-Gwang;Kim, Jong-Yeol;Im, Gi-Hong;Jeon, Min-Hyeon
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • 2014.02a
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    • pp.271-271
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    • 2014
  • 본 연구에서는 최근 다양한 전자 소자로써의 연구가 진행되고 있는 그라핀을 SiO2/Si 기판 위에 전자빔 식각(Electron-Beam Lithography)을 이용하여 후면 게이트 전극 구조의 그라핀 채널을 갖는 삼단자 소자를 형성하고 가스 유입이 가능한 진공 Probe Measurement System을 이용하여 금속 전극과 그라핀 간의 접촉저항 (Rc) 및 길이가 다른 채널저항(Rch)를 구하고, 채널 길이, 가스 유량, 온도, 게이트 전압에 따른 I-V 변화를 측정함으로써, 후면 게이트 전극 구조의 그라핀 채널을 갖는 삼단자 소자의 가스 센서로서의 가능성을 연구하였다. 후면 게이트 전극 구조의 그라핀 채널을 갖는 삼단자 소자는 전자빔 식각(Electron-Beam Lithography)에 의해 패턴을 제작하고 Evaporator를 이용하여 전극을 증착 하였다. 소자의 소스 (Source)와 드레인 (Drain)은 TLM (Transfer Length Method)패턴을 이용하여 인접한 두 개의 전극간 범위를 변화시키는 형태로 제작함으로써 소스-드레인간 채널 길이가 다르게 하였다. 이 때 전극의 크기는 가로, 세로 각각 $20{\mu}m$, $40{\mu}m$이며 전극간 간격은 $20/30/40/50/60{\mu}m$로 서로 다르게 배열 하였다. 제작된 그라핀 소자는 진공 Probe Measurement System 내에서 게이트 전압(VG)를 변화시킴으로써 VG 변화에 따른 소자의 특성을 평가하였는데, mTorr 상태의 챔버 내로 O2 가스를 주입하여 그라핀의 Dangling bond 및 Defect site에 결합 된 가스로 인한 전기적 특성의 변화를 측정하고, 이 때 가스의 유량을 50 sccm에서 500 sccm 까지 변화시킴으로써 전기적 특성 변화를 측정하여 센서 소자의 민감도를 평가하였다. 또한, 서로 다르게 배열한 소스-드레인 간의 채널 길이로 인하여 채널과의 접촉 면적에 따른 센서 소자의 민감도 또한 평가할 수 있었다. 그리고 챔버 내 온도를 77 K에서 400 K까지 변화시킴으로써 온도에 따른 소자의 작동 범위를 확인하고 소자의 온도의존성을 평가하였다.

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