본 연구에서는 ZnO박막을 펄스레이저 증착법을 사용하여 Si (100) 기판 위에 증착하여 기판 온도에 따른 박막의 결정 구조, 미세구조 및 광학적 특성 변화를 살펴보았다. 사용된 레이저는 248 nm의 파장을 가지는 KrF 엑시머 레이저이며, 산소 분압은 350 mTorr로 고정하여 기판 온도를 400∼700 ℃까지 변화시켜 박막을 증착하였다. 400 ℃에서 증착된 ZnO 박막은 결정립들이 원주 형태로 기판에 치밀하게 성장하였고, 기판에 수직으로 c-축 배향된 경향을 보였다. 기판 온도가 높아짐에 따라 c-축 우선 배향성이 감소하면서 다른 방향으로 성장된 입자가 나타나기 시작하였다. 600 ℃에서 증착된 박막의 경우 각각의 결정립들이 독립적으로 성장되기 시작하였고, 특히 700 ℃에서 증착된 박막은 결정립의 밀도가 급격히 감소함을 관찰하였다. 그러나 기판의 온도가 높아짐에 따라 ...
본 연구에서는 ZnO박막을 펄스레이저 증착법을 사용하여 Si (100) 기판 위에 증착하여 기판 온도에 따른 박막의 결정 구조, 미세구조 및 광학적 특성 변화를 살펴보았다. 사용된 레이저는 248 nm의 파장을 가지는 KrF 엑시머 레이저이며, 산소 분압은 350 mTorr로 고정하여 기판 온도를 400∼700 ℃까지 변화시켜 박막을 증착하였다. 400 ℃에서 증착된 ZnO 박막은 결정립들이 원주 형태로 기판에 치밀하게 성장하였고, 기판에 수직으로 c-축 배향된 경향을 보였다. 기판 온도가 높아짐에 따라 c-축 우선 배향성이 감소하면서 다른 방향으로 성장된 입자가 나타나기 시작하였다. 600 ℃에서 증착된 박막의 경우 각각의 결정립들이 독립적으로 성장되기 시작하였고, 특히 700 ℃에서 증착된 박막은 결정립의 밀도가 급격히 감소함을 관찰하였다. 그러나 기판의 온도가 높아짐에 따라 UV 발광 특성이 향상되었고, 박막의 조성도 화학양론적인 조성에 근접함을 확인하였다. ZnO 박막을 광소자로 응용하기 위해서는 우수한 광학적 특성뿐만 아니라 뛰어난 미세구조를 가진 박막이 요구된다. 본 연구의 경우 기판 온도가 높아짐에 따라 ZnO 박막의 광학적 특성은 향상되나 미세 구조가 매우 나빠짐을 발견하였다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 즉, 우수한 광학적 특성 및 뛰어난 미세 구조를 가진 ZnO 박막을 제작하기 위하여 두 가지 방법을 시도하였다. 먼저 저온에서 박막을 증착한 후 고온에서 후열처리하는 방법과 400 ℃ 정도의 저온에서 30 nm정도의 ZnO 완충층을 증착한 후 고온으로 기판 온도를 상승시켜 ZnO 박막을 성장하는 Two-step 성장 방법을 시도하였다. 두 가지 방법 모두에서 치밀하고 c-축 배향성을 가진 ZnO 박막을 얻을 수 있었지만, UV 발광 세기는 감소하였고, 강한 녹색 발광과 비교적 약한 주황색 발광이 관찰되었다. 이러한 결과로부터 ZnO 박막의 UV 발광 특성은 박막의 조성, 결정성뿐만 아니라 결정립계에도 많은 영향을 받음을 알 수 있었다.
본 연구에서는 ZnO 박막을 펄스레이저 증착법을 사용하여 Si (100) 기판 위에 증착하여 기판 온도에 따른 박막의 결정 구조, 미세구조 및 광학적 특성 변화를 살펴보았다. 사용된 레이저는 248 nm의 파장을 가지는 KrF 엑시머 레이저이며, 산소 분압은 350 mTorr로 고정하여 기판 온도를 400∼700 ℃까지 변화시켜 박막을 증착하였다. 400 ℃에서 증착된 ZnO 박막은 결정립들이 원주 형태로 기판에 치밀하게 성장하였고, 기판에 수직으로 c-축 배향된 경향을 보였다. 기판 온도가 높아짐에 따라 c-축 우선 배향성이 감소하면서 다른 방향으로 성장된 입자가 나타나기 시작하였다. 600 ℃에서 증착된 박막의 경우 각각의 결정립들이 독립적으로 성장되기 시작하였고, 특히 700 ℃에서 증착된 박막은 결정립의 밀도가 급격히 감소함을 관찰하였다. 그러나 기판의 온도가 높아짐에 따라 UV 발광 특성이 향상되었고, 박막의 조성도 화학양론적인 조성에 근접함을 확인하였다. ZnO 박막을 광소자로 응용하기 위해서는 우수한 광학적 특성뿐만 아니라 뛰어난 미세구조를 가진 박막이 요구된다. 본 연구의 경우 기판 온도가 높아짐에 따라 ZnO 박막의 광학적 특성은 향상되나 미세 구조가 매우 나빠짐을 발견하였다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 즉, 우수한 광학적 특성 및 뛰어난 미세 구조를 가진 ZnO 박막을 제작하기 위하여 두 가지 방법을 시도하였다. 먼저 저온에서 박막을 증착한 후 고온에서 후열처리하는 방법과 400 ℃ 정도의 저온에서 30 nm정도의 ZnO 완충층을 증착한 후 고온으로 기판 온도를 상승시켜 ZnO 박막을 성장하는 Two-step 성장 방법을 시도하였다. 두 가지 방법 모두에서 치밀하고 c-축 배향성을 가진 ZnO 박막을 얻을 수 있었지만, UV 발광 세기는 감소하였고, 강한 녹색 발광과 비교적 약한 주황색 발광이 관찰되었다. 이러한 결과로부터 ZnO 박막의 UV 발광 특성은 박막의 조성, 결정성뿐만 아니라 결정립계에도 많은 영향을 받음을 알 수 있었다.
ZnO thin films were deposited on the Si(100) substrates by Pulsed Laser Deposition (PLD) technique employing a KrF laser (λ=248 nm). The substrate temperature was varied in the range of 400∼700 ℃ at a fixed oxygen pressure of 350 mTorr. The ZnO films grown at 400 ℃ showed a densely packed structure ...
ZnO thin films were deposited on the Si(100) substrates by Pulsed Laser Deposition (PLD) technique employing a KrF laser (λ=248 nm). The substrate temperature was varied in the range of 400∼700 ℃ at a fixed oxygen pressure of 350 mTorr. The ZnO films grown at 400 ℃ showed a densely packed structure with highly c-oriented columnar morphology. With an increase of the substrate temperature the film structure was varied from the textured dense morphology to individual crystalline one. Especially, a randomly oriented big crystallites were sparsely developed in the ZnO film grown at 700 ℃. The PL intensity in the UV region and stoichiometry were increased with increasing the substrate temperature. In order to fabricate the dense and textured ZnO films on the Si substrates, two kinds of approach have been adapted. One process is to obtain the film by annealing the prepared film at higher temperature. The other one, indicating the so-called two-step growth is to prepare a film at certain temperature and then to perform the deposition again at higher temperature. Densely textured ZnO films were obtained via both processes, but it was hard to obtain a good optical properties, represented by strong PL intensity.
ZnO thin films were deposited on the Si(100) substrates by Pulsed Laser Deposition (PLD) technique employing a KrF laser (λ=248 nm). The substrate temperature was varied in the range of 400∼700 ℃ at a fixed oxygen pressure of 350 mTorr. The ZnO films grown at 400 ℃ showed a densely packed structure with highly c-oriented columnar morphology. With an increase of the substrate temperature the film structure was varied from the textured dense morphology to individual crystalline one. Especially, a randomly oriented big crystallites were sparsely developed in the ZnO film grown at 700 ℃. The PL intensity in the UV region and stoichiometry were increased with increasing the substrate temperature. In order to fabricate the dense and textured ZnO films on the Si substrates, two kinds of approach have been adapted. One process is to obtain the film by annealing the prepared film at higher temperature. The other one, indicating the so-called two-step growth is to prepare a film at certain temperature and then to perform the deposition again at higher temperature. Densely textured ZnO films were obtained via both processes, but it was hard to obtain a good optical properties, represented by strong PL intensity.
주제어
#ZnO 박막 펄스레이저 증착법 광학적 특성 후열처리 Two-step 성장 ZnO thin film Pulsed laser deposition Optical property Annealing Two-step growth
학위논문 정보
저자
김상문
학위수여기관
연세대학교 대학원
학위구분
국내석사
학과
세라믹공학과
지도교수
윤기현
발행연도
2003
총페이지
vii, 51p.
키워드
ZnO 박막 펄스레이저 증착법 광학적 특성 후열처리 Two-step 성장 ZnO thin film Pulsed laser deposition Optical property Annealing Two-step growth
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