[논문]PECVD법에 의해 제조된 SnO2 박막의 공정변수에 따른 미세구조 및 특성

이정훈; 장건익; 손상희

doi:10.4313/jkem.2006.19.7.680

PECVD법에 의해 제조된 SnO2 박막의 공정변수에 따른 미세구조 및 특성
Microstructure and Characterization Depending on Process Parameter of SnO2 Thin Films Fabricated by PECVD Method 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.19 no.7, 2006년, pp.680 - 686

이정훈 (충북대학교 재료공학과) , 장건익 (충북대학교 재료공학과) , 손상희 (청주대학교 전자정보공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

Tin oxide$(SnO_2)$ thin films were prepared on glass substrate by Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) method. $SnO_2$ thin films were prepared using gas mixture of dibutyltin diacetate as a precursor and oxygen as an oxidant at 275, 325, 375, $425^{\circ}C$, respectively as a function of deposition temperature. The XRD peaks corresponded to those of polycrystalline $SnO_2$, which is in the tetragonal system with a rutil-type structure. As the deposition temperature increased, the texture plane of $SnO_2$ changed from (200) plane to denser (211) and (110) planes. Lower deposition temperature and shorter deposition time led to decreasing surface roughness and electrical resistivity of the formed thin films at $325\sim425^{\circ}C$. The properties of $SnO_2$ films were critically affected by deposition temperature and time.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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제안 방법

박막의 구조적 특성 및 전기적 . 광학적 특성을 조사하였다.
증착이 끝나면 source gas의 유입을 중단하고 반응로 내부에 남아있는 기체를 제거하기 위해 질소가스로 purging 한 후 로냉 시켰 다. 기 판 온도가 약 60 ℃에 도달하면 꺼내어 특성분석을 하였다. 표 1 에 주요 실험 조건들을 정리하여 나타내었다.
내에서 기 화되 어 Ar gas에 실려 반응로로 유입되는데 이때 가스 응축을 방지하기 위해서 모든 path line을 100 ℃ 이상으로 가열하였다. 반응로로 유입된 반응 기체를 충분하게 혼합하기 위해 shower기를 설치하였으며 K-type 열전대를 이용하여 시편 표면의 온도를 측정하였다. 기판으로는 1 mm 두께의 glass를 사용하였으며 acetone 및 alcohol 순으로 약 20분간 초음파 세척 후 반응로에 장입하였고, Ar 가스로서 반응관 및 반응로 내부를 purging 한 다음 초기 압력이 3x10” torr가 될 때까지 pumping 한 후 증착온도인 275 ~ 425 ℃ 까지 가열하였다.
본 연구에서는 주석의 유기금속 화합물 중 DBTDA (dibutyltin diacetate)를 사용하여 플라즈마 화학 기상 증착법 (PECVD)에 의해 SnO₂ 박막을 제조하였으며, 증착온도 및 시간을 변화시켜 SnO₂ 박막의 구조적 특성 및 전기적 . 광학적 특성을 조사하였다.
제조된 SnO₂ 박막의 결정 구조 및 우선성장 방향은 X-ray diffractometer(Scintag XDS 2000) 로조사하였으며, 미세 구조와 표면 조도 관찰을 위해서는 각각 FE-SEM(Hitachi S 2500C) 과 AFM (Digital Instruments Nonoscope HI)을 사용하였다. 또한 제조된 박막의 전기비저항 측정을 위해 4- point probe 방법을 사용하였고, UV-visible photo- meter(Shimadzu, UV-3100)를 이용하여 파장 30 0 - 800 nm 범위에서 박막의 광투과도 측정을 실시하였다.

대상 데이터

SnO₂ 박막을 제조하기 위한 주석 원료로는 유기 금속 화합물인 dibutyltin diacetate[(C₄Hg)2-Sn(OOCCH₃)2] (Aldrich, purity>98 %)를 사용하였다. 반응 촉진을 위한 수증기를 반송하는 기체로는 Ar(99.
SnOz 박막을 제조하기 위하여 본 연구에서 사용한 PECVD 장치 는 반응기체 공급계, 반응로, 펌프, RF 전원공급 장치로 구성되어 있으며, 반응 기체 공급계는 유량을 조절하는 MFC(mass flow controller)와 DBTDA bubbler로 구성되어 있다. 그림 1은 본 연구에서 사용한 PECVD 장치의 개략도이 다.
사용하였다. 반응 촉진을 위한 수증기를 반송하는 기체로는 Ar(99.99 %)을, 산화물 형성을 위한 반응기체로는 02(99.99 %) 가스를 사용하였으며 이들의 유속은 MFC (Mass Flow Controller) 에서 조절되었다. 주석 원료는 98 ℃로 유지되는 bubbler.
99 %) 가스를 사용하였으며 이들의 유속은 MFC (Mass Flow Controller) 에서 조절되었다. 주석 원료는 98 ℃로 유지되는 bubbler. 내에서 기 화되 어 Ar gas에 실려 반응로로 유입되는데 이때 가스 응축을 방지하기 위해서 모든 path line을 100 ℃ 이상으로 가열하였다.

이론/모형

사용하였다. 또한 제조된 박막의 전기비저항 측정을 위해 4- point probe 방법을 사용하였고, UV-visible photo- meter(Shimadzu, UV-3100)를 이용하여 파장 30 0 - 800 nm 범위에서 박막의 광투과도 측정을 실시하였다.
증착온도 275 ℃-425 ℃ 범위에서 증착 시간은 20분에서 60분으로 변화시켜 PECVD법으로 SnO₂ 박막을 제조하였다. X-선 회절분석 결과, 제조:된 박막은 tetragonal rutile 구조를 갖는 다결정 브/므} 임을 알 수 있었으며, 325 ℃ 이상의 온도 영역에서 정상 입자 성장이 이루어짐을 확인하였다.

성능/효과

제조하였다. X-선 회절분석 결과, 제조:된 박막은 tetragonal rutile 구조를 갖는 다결정 브/므} 임을 알 수 있었으며, 325 ℃ 이상의 온도 영역에서 정상 입자 성장이 이루어짐을 확인하였다. 기판 온도 325 ℃~425 ℃ 영역에서 제조된 박막은 조밀면을 이루는 (110) 면으로 우선성장 하였으며, 온도가 증가함에 따라 형성된 박막의 표면 거칠기 및 비저항이 증가하였다.
보여준다. 기판온도 275 ℃ 에서 325 ℃로증가시 면저항 및 비저항 값은 급격하게 감소하였으며, 325 莒에서 최소값을 나타내고 이후 온도가 증가할수록 증가하였다. 비저항의 이러한 경향은 증착 온도 변화에 따른 박막의 조성변화, 격자 내의 결함, 구조변화 등의 영향을 고려할 수 있다.
반면에 (110) 과 (211)면이 우세하게 나타난 325 ℃ ~425 ℃ 영 역에서는 표면 밀도가 높고 입도 분포가 균일한 박막이 성장되었다. 또한, 정상 입자 성장이 일어난 325 ℃ -425 ℃의 영역에서는 온도가 증가함에 따라 입자크기가 점차적으로 증가하며, 형성된 박막의 표면 거칠기 역시 증가함을 알 수 있었다. 이러한 현상은 증착 온도가 증가함에 따라 열 활성화에 의한 핵 성장으로 인해 결정립들이 조대해지고, 또한 엔트로피 기여가 늘어나서 거친 구조를 나타내는 것으로 사료된다.
증착 시간이 증가됨에 따라 우선배향 성장으로 인해 형성된 박막의 표면 거칠기는 증가 하였고, 증착시간 60분에서는 (211) 면이 상대적으로 우세하게 나타나 전기비저항의증가를 가져왔다. 또한, 형성된 박막을 이루는 grain이 조밀하고 평탄 해짐에 따라 광 투과도가 증가함을 알 수 있었다. 즉, 정상적인 입자 성장이 일어나기 시작하는 가장 낮은 온도에서 증착 시간을 짧게 하였을 경우 입자가 미세하고, 표면/부피 비가 크며 평활한 표면을 가져 가스 센서로 적용 시, 기계적 특성이 우수하고 sensing 특성을 향상시킬 수 있는 박막을 제조할 수 있다는 결론을 얻을 수 있었다.
또한, 형성된 박막을 이루는 grain이 조밀하고 평탄 해짐에 따라 광 투과도가 증가함을 알 수 있었다. 즉, 정상적인 입자 성장이 일어나기 시작하는 가장 낮은 온도에서 증착 시간을 짧게 하였을 경우 입자가 미세하고, 표면/부피 비가 크며 평활한 표면을 가져 가스 센서로 적용 시, 기계적 특성이 우수하고 sensing 특성을 향상시킬 수 있는 박막을 제조할 수 있다는 결론을 얻을 수 있었다.
기판 온도 325 ℃~425 ℃ 영역에서 제조된 박막은 조밀면을 이루는 (110) 면으로 우선성장 하였으며, 온도가 증가함에 따라 형성된 박막의 표면 거칠기 및 비저항이 증가하였다. 증착 시간이 증가됨에 따라 우선배향 성장으로 인해 형성된 박막의 표면 거칠기는 증가 하였고, 증착시간 60분에서는 (211) 면이 상대적으로 우세하게 나타나 전기비저항의증가를 가져왔다. 또한, 형성된 박막을 이루는 grain이 조밀하고 평탄 해짐에 따라 광 투과도가 증가함을 알 수 있었다.
보여준다. 증착시간이 증가함에 따라 증착 두께 또한 거의 선형적으로 증가하는 것을 볼 수 있으며, 증착시간이 20분에서 40분으로 증가시면저항 및 비저항 값은 약간 증가하다가 증착시간 60분에서 크게 증가하는 것을 볼 수 있다. 이는 Vetrone 등이 보고한 바와 같이 (211)면의 피크 강도 증가로 인해 trapping center가 형성되어 전도전자의 농도를 감소시킨 것으로 사료된다[12].
변화를 그림 10에 나타내었다. 증착온도 325 ℃ 에서 대체적으로 가장 높은 광투과도를 나타내었으며, 간섭현상이 일어나는 주기가 각 증착온도에대해 일치하는 것으로 나타나 박막의 두께가 거의 일정한 것을 알 수 있다. 275 ℃에서 제조된 박막의 낮은 광투과도는 밀도가 낮고 거칠고 각진 구조로 성장한 grain 형상으로 인한 diffuse scattering에 의한 것으로 사료되며, 형성된 박막을 이루는 grain이 조밀하고 평탄해짐에 따라 광 투과도가 증가함을 알 수 있다.

참고문헌 (12)

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상세보기
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정 진, 최승평, 신동찬, 구재본, 송호준, 박진성 '열 CVD법으로 증착된 $SnO_2$ 박막의 미세구조와 전기적 특성', 전기전자재료학회논문지, 16권, 5호, p. 441, 2003

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J. Vetrone and Y. W. Chung, 'Organometallic chemical vapor deposition of $SnO_2$ single crystal and polycrystalline films', J. Vac. Sci. Technol. A, Vol. 9, No.6, p. 3041, 1991

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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