[논문]박막 형광체 <tex>$ZnGa_2O_4:Mn^{2+}$</tex>의 RF Magnetron Sputtering법을 이용한 생장

김종수; 이성훈; 박재홍; 박형원; 최진철; 박홍이

박막 형광체 $ZnGa_2O_4:Mn^{2+}$의 RF Magnetron Sputtering법을 이용한 생장
Growth of $ZnGa_2O_4:Mn^{2+}$ Thin Film Phosphors by RF Magnetron Sputtering 원문보기

韓國眞空學會誌 = Journal of the Korean Vacuum Society, v.15 no.4, 2006년, pp.404 - 409

김종수 (부경대학교 이미지시스템공학과) , 이성훈 (부경대학교 이미지시스템공학과) , 박재홍 (부경대학교 이미지시스템공학과) , 박형원 (연세대학교 물리학과) , 최진철 (연세대학교 물리학과) , 박홍이 (연세대학교 물리학과)

초록
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RF magnetron sputtering 법을 이용하여 quartz 기판 위에 spinel 구조의 $ZnGa_2O_4 : Mn^{2+}$ 박막 형광체를 상온에서 증착 하였다. 후 열처리 온도에 따라 박막의 결정성, 표면 거칠기와 조성비가 변하였으며 이는 박막 형광체의 발광특성에 영향을 주었다. 후 열처리 온도가 $500^{\circ}C$에서 $900^{\circ}C$로 올라감에 따라 후 열처리 온도가 $700^{\circ}C$ 일 때 가장 낮은 수치의 표면 거칠기를 보였고 이로 인한 낮은 외부 양자 효율로 인하여 발광특성이 좋지 않았다. 후 열처리 온도가 $800^{\circ}C$ 일 때 결정화 정도가 좋았으며 적당한 표면 거칠기와 화학적 조성비로 인해 최적의 발광특성을 보였다. 반면 후 열처리 온도가 $900^{\circ}C$ 일 때 결정성은 가장 좋았으나 Zn의 높은 증기압으로 인한 화학적 조성비의 깨짐으로 발광특성이 좋지 못하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Thin-film $ZnGa_2O_4 : Mn^{2+}$ phosphors of spinel structure were grown on quartz substrate by RF magnetron sputtering method at room temperature. As an increase of post-annealing temperatures, crystallinity, surface roughness and stoichiometry of thin films were varied. At the post-annealing temperatures of $500^{\circ}C$ and $600^{\circ}C$, the luminescence intensity was poor due to the poor crystallinity. The smallest surface roughness was observed at the sample post-annealed at $700^{\circ}C$ leading to low external extraction efficiency, and poor luminescence intensity. The highest luminescence intensity was shown at the sample post-annealed at $800^{\circ}C$. It was because both the surface roughness and crystallnity were optimized. On the other hand, at $900^{\circ}C$, the luminescence intensity was poor due to the violation of stoichiometry.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

X-ray diffraction (XRD), atomic force microscopy (AFM), electron probe micro analysis (EPMA), photoluminescence (PL) 즉정을 통해 ZnGazO^Mn戮 박막 형광체의 후 열처리 온도의 변화에 따른 결정성과 표면의 거칠기, 조성비 변화와 이들이 발광 특성에 미치는 영향 등을 연구하였다.
XRD(Cu Ka X=1.54056 A)을 통하여 생장된 박막의 결정성을 확인하였으며, Ga와 Zn 의 조성비를 EPMA를 통해 정량적으로 분석하였다. 발광특성을 관측하기 위해 PL (75 W Xenon lamp)을 즉정하였다.
ZnGa2O₄:Mn2+ 박막 형광체를 상온에서 2시간 동안 생장하였고 target에 대해 RF Power 를 100 Watt로 유지하였다. 후 열처리에 따른 특성을 조사하기 위하여 500 °C 에서부터 900 °C까지 열처리 온도를 변화시켜 주었다.
그림 1에서 후 열처리 온도에 따른 박막 ZnGa2O₄:Mn2+S] XRD 패턴과 JCPDS 파일(38-1240) 을 비교하였다. 20=30.
54056 A)을 통하여 생장된 박막의 결정성을 확인하였으며, Ga와 Zn 의 조성비를 EPMA를 통해 정량적으로 분석하였다. 발광특성을 관측하기 위해 PL (75 W Xenon lamp)을 즉정하였다. 특히, AFM을 통하여 생장된 박막의 표면상태를 확인하고자, 박막 표면의 전체를 여러 번 측정한 대표 자료를 이용하였다.
발광특성을 관측하기 위해 PL (75 W Xenon lamp)을 즉정하였다. 특히, AFM을 통하여 생장된 박막의 표면상태를 확인하고자, 박막 표면의 전체를 여러 번 측정한 대표 자료를 이용하였다.
후 열처리에 따른 특성을 조사하기 위하여 500 °C 에서부터 900 °C까지 열처리 온도를 변화시켜 주었다. 후 열처리는 전기로에서 이루어졌으며 박막 형광체의 Mn2+ 이온의 이온가 유지를 위한 환원 작용을 위하여 수소와 질소가 각각 5 %, 95 % 섞인 혼합 가스를 흘려주었다. 후 열처리 시간은 30분 동안 지속시켰다.
유지하였다. 후 열처리에 따른 특성을 조사하기 위하여 500 °C 에서부터 900 °C까지 열처리 온도를 변화시켜 주었다. 후 열처리는 전기로에서 이루어졌으며 박막 형광체의 Mn2+ 이온의 이온가 유지를 위한 환원 작용을 위하여 수소와 질소가 각각 5 %, 95 % 섞인 혼합 가스를 흘려주었다.

대상 데이터

01Mn2+ 분말 형광체를 고상 반응법으로 합성한 후 프레스에서 500 kgf/cn?의 압력으로 30 분 동안 pressing 한 뒤 1400 °C 에서 4 시간동안 굳혀주어 2인치 sputtering target을 제작하였다. 기판은 15 mm X 15 mm X 0.5 mm 의 quartz 기판을 사용하였다. 기판은 불순물과 유기물세척을 위하여 아세톤으로 닦아준 후 다시 아세톤에 넣어 초음파 세척기에서 10분간 세척을 한 뒤 증류수에 넣어 초음파 세척기에서 10분간 세척을 하였다.

이론/모형

RF magnetron sputtering법을 이용하여 quartz 기판 위에 spinel 구조의 ZnGa2O₄:Mn2+ 박막 형광체를 상 온에서 증착하였다. 후열처리 온도에 따라 박막의 결정성, 표면 거칠기와 조성비가 변하였으며 이는 박막형광체의 발광 특성에 영향을 주었다.
본 연구에서는 RF magnetron sputtering법을 이용하여 ZnGa2O₄:Mn2+ 박막을 제작하였다. X-ray diffraction (XRD), atomic force microscopy (AFM), electron probe micro analysis (EPMA), photoluminescence (PL) 즉정을 통해 ZnGazO^Mn戮 박막 형광체의 후 열처리 온도의 변화에 따른 결정성과 표면의 거칠기, 조성비 변화와 이들이 발광 특성에 미치는 영향 등을 연구하였다.

성능/효과

후 열처리 온도가 500 °C 에서 900 °C로 높아짐에 따라 입자의 크기가 증가하였으며, 이는 XRD 데이터로부터 계산한 입자크기와 잘 일치하는 것을 확인할 수 있다. 그 이유는 후 열처리 온도가 증가함에 따른 이온/원자의 확산이 활발해지고, 따라서 소결 가능성이 증가하기 때문이다.
상대 휘도를 도식화하였다. 후 열처리 온도가 700 °C일 때, 최적의 화학 조성비를 보였으나, 결정성 및 표면 거칠기가 너무 낮아 발광 특성이 좋지 않았다. 후 열처리 온도가 800 °C일 때, 화학적 조성비의 깨짐이 높았으나, 결정성 및 표면 거칠기가 우수함으로써 최적의 발광 특성을 보였다.
후 열처리 온도가 700 °C일 때, 최적의 화학 조성비를 보였으나, 결정성 및 표면 거칠기가 너무 낮아 발광 특성이 좋지 않았다. 후 열처리 온도가 800 °C일 때, 화학적 조성비의 깨짐이 높았으나, 결정성 및 표면 거칠기가 우수함으로써 최적의 발광 특성을 보였다. 반면 후 열처리 온도가 900 °C일 때, 결정성 및 표면 거칠기가 우수하나, 화학적 조성비의 깨짐이 너무 심하여 격자 결함에 의한 비 발광 인자의 증가로 발광 특성이 좋지 못하였다"히.
비율이다. 후 열처리 온도가 증가하며, Ga이나 Mn의 비율은 거의 변함이 없는 반면 Zn의 비율은 많이 떨어진다. 이는 Zn의 증기압(vapor pressure)이 Ga이나 Mn의 증기압에 비해 매우 커서 증착된 필름의 Zn가 다시 날아가기 때문이다.
후열처리 온도에 따라 박막의 결정성, 표면 거칠기와 조성비가 변하였으며 이는 박막형광체의 발광 특성에 영향을 주었다. 후열처리 온도가 700 °C일 때 가장 낮은 수치의 표면 거칠기를 보였으며 이로 인한 낮은 외부 양자 효율로 인하여 발광특성이 좋지 않았다. 후열처리 온도가 800 °C일 때 결정화 정도가 좋았으며 적당한 표면 거칠기와 화학적 조성비로 인해 최적의 발광 특성을 보였다.
후열처리 온도가 700 °C일 때 가장 낮은 수치의 표면 거칠기를 보였으며 이로 인한 낮은 외부 양자 효율로 인하여 발광특성이 좋지 않았다. 후열처리 온도가 800 °C일 때 결정화 정도가 좋았으며 적당한 표면 거칠기와 화학적 조성비로 인해 최적의 발광 특성을 보였다. 반면 후열처리 온도가 900 °C일 때 결정성은 가장 좋았으나 Zn의 높은 증기압으로 인한 화학적 조성비의 깨짐으로 발광 특성이 좋지 못하였다.
상 온에서 증착하였다. 후열처리 온도에 따라 박막의 결정성, 표면 거칠기와 조성비가 변하였으며 이는 박막형광체의 발광 특성에 영향을 주었다. 후열처리 온도가 700 °C일 때 가장 낮은 수치의 표면 거칠기를 보였으며 이로 인한 낮은 외부 양자 효율로 인하여 발광특성이 좋지 않았다.

참고문헌 (13)

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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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