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SnO2는 3.6 eV의 높은 밴드갭을 가져 가시광선 및 근적외선 영역에서 80% 이상의 광투과도를 가지는 동시에 전기 전도도가 높아 투명전도성 산화물로의 응용성을 가지고 있다. 또한, 상온에서 나타나는 강자성 특성을 이용함으로써 고집적 정보 저장 장치의 가능성이 있으며, 스핀 트랜지스터 (Spin transistor), 광자기 소자 등 ...

SnO2는 3.6 eV의 높은 밴드갭을 가져 가시광선 및 근적외선 영역에서 80% 이상의 광투과도를 가지는 동시에 전기 전도도가 높아 투명전도성 산화물로의 응용성을 가지고 있다. 또한, 상온에서 나타나는 강자성 특성을 이용함으로써 고집적 정보 저장 장치의 가능성이 있으며, 스핀 트랜지스터 (Spin transistor), 광자기 소자 등 스핀트로닉스 (spintronics)에의 응용 가능성으로 인해 많은 관심을 받고 있다. 따라서 SnO2 박막을 소자로 응용하기 위해, 물질이 드러내는 물리적인 현상에 대하여 그 원인을 이해하려는 연구가 많이 진행되고 있다.
본 연구에서는 Al2O3(10-12) 기판 위에 RF-마그네트론 스퍼터링 방법으로 제작한 SnO2 박막의 결함과 전기적, 자기적 특성의 상관관계에 대해 조사하였다. 첫 번째로 두께에 따른 SnO2 박막으로부터 전기적 특성에 대한 구조적 결함의 영향에 대해 알아보았다. 결함의 종류와 정도를 알아보기 위해 X-선 회절 측정과 X-선 광전자 분광 측정을 진행하였다. 박막의 두께가 얇아짐에 따라 피크의 반치폭이 커지며 결정성이 나빠지는 반면 화학적 상태변화는 3.7 nm 박막을 제외하고는 큰 변화가 없었다. 이러한 결절성 변화는 박막과 기판사이의 큰 격자불일치로 인해 박막과 기판사이 계면에서 나타나는 misfit dislocation, antiphase boundaries, partial dislocation 등 다양한 구조적 결함에 의한 것으로 여겨진다. 또한, 이러한 구조적 결함에 의한 효과는 박막이 얇아짐에 따라 급격하게 나타나며, 이는 비저항의 변화 거동과 일치하는 것을 확인하였다. 두 번째, SnO2 박막의 산소공공을 제어에 따른 자기적 특성의 변화를 관찰하였다. 제작된 SnO2 박막을 H2와 O2 환경에서 열처리를 진행하여 초전도 양자 간섭계를 이용하여 상온에서의 자기적 특성을 평가하였다. 측정된 물성과 결함과의 상관관계를 이해하기 위해 X-선 광전자 분광을 측정하였다. 그 결과 H2와 O2 환경에서 각각 열처리한 박막의 경우 as-grown 박막에 비해 포화자화 값과 산소공공 비율이 증가, 감소는 경향을 보였다. 하지만 산소공공의 비율의 변화 정도는 포화자화 값의 변화 정도와 동일하지 않은 것을 확인하였다. 따라서 H2와 O2 환경에서 열처리 후 SnO2 의 산소공공 변화한 이외에 다른 변화를 찾아내 강자성 특성 변화의 원인을 이해하기 위한 추가적인 실험이 필요할 것으로 여겨진다.

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