[논문]복합동시증착 방법을 이용한 In-situ <tex>$MgB_2$</tex> 박막제조

송규정; 김호섭; 김태형; 이영석; 고락길; 하홍수; 하동우; 오상수; 문승현; 박찬; 유상임

doi:10.9714/psac.2006.8.3.018

복합동시증착 방법을 이용한 In-situ $MgB_2$ 박막제조
The growth of in-situ $MgB_2$ thin film by ESSD method 원문보기

한국초전도·저온공학회논문지 = Superconductivity and cryogenics, v.8 no.3, 2006년, pp.18 - 22

Abstract ▼ AI-Helper

We obtained in-situ $MgB_2$ thin films in an one-step process using ESSD (Evaporation Sputtering Simultaneous Deposition) method. In our approach. the Ma evaporator is designed specially Mg and B are simultaneously evaporated and sputtered, respectively, in the specially designed ESSD chamber. The background pressure was less than $1{\times}10^{-6}$ Torr. The substrate temperature was kept at 623 K. The film properties were investigated by both electrical resistivity and PPMS. As a result, typical $T_c$ of films was 11 K.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문은 경제적인 in-situ MgB2 박막 제조에 관한 연구로서, 기존의 방법과 상이한 ESSD (Evaporation Sputtering Simultaneous Deposition) 장비설계 및 구축, 그리고 이를 이용한 in-situ MgB2 박막제조에 관한 내용의 일부이다.
1에 도식적으로 보여준 것처럼, 하나의 챔버 (chamber) 안에 보론(B)의 RF-스퍼터링 (sputtering)과 마그네슘(Mg)의 열-증발기 (thermal evaporation)> 구축하고, 동시 복합적으로 스퍼터링과 열-증발이 일어나게 함으로서 , 히터 (heater)에 부착된 기 판에 MgB2 박막을 성장시키는 개념이다. 본 장치의 가장 중요한 개념은, 매우 높은 마그네슘 증기압이 필요하다고 서론에서 언급하였듯이, 히터에 부착된 증착기판 근처에 높은 마그네슘 증기 상태를 유지시키는 것이다. 따라서 마그네슘 열-증발 도가니의 끝부분을 노즐 형태로 만들어 높은 마그네슘 증기 상태가 히터에 부착된 기판 주 위에 유지토록 고안하였다.

제안 방법

1. ESSD 장비 소개에서 언급한 것처럼, 본 ESSD 장비를 2단계에 걸쳐 구축하였는데, 1단계로 RF-스퍼터링 부분이 부착된 주-챔버가 구축되었고, 주-챔버 포트(port) 부분에 적합한 크기의 마그네슘 열 -증발 장치가 Fig. 2에 보여준 것처럼 벨로우즈 연결을 통하여 상하이 동이 가능한 도가니 부분과 도가니를 가열할 수 있는 유도가열 장치 (induction heating system) 부분을 구축하였다.
3과 같은 산소정제 장치를 구성하여 부착하였는데. Fig. 3-b 부분에 마그네슘 도가니를 설치하고, 도가니 내부를 알곤 가스가 통과하게 함으로서, 알곤 가스에 포함되어 있는 산소가 마그네슘과 반응하여 MgO를 형성하고, ESSD 챔 버 내에는 오직 순수한 알곤 가스만 유입되게 하는 장치를 구축하였다. Fig.
따라서 Fig. 5와 같은 비슷한 ESSD 챔버 진공 조건 에서 보론 스퍼터 링의 RF 파워 (power)는 200 W로 고정하고, 증착기판의 온도 및 마그네슘 열-증발 온도를 조정하면서 in-situ MgB2 박막 성장 실험을 수행하였는데 , 챔버 내의 셔터 (shutter)로 증착기판을 가리고 (close), 보론 스퍼터링 타겟 (target)의 표면에 산화 층 막 등의 불순물층 등을 제거하기 위하여 약 30분 정도 보 론 예비-스퍼터링 (pre-sputtering)을 실시한 후, 셔터를 열고(open) 정해진 증착기판 온도에서 약 20분 동안 보론 스퍼터링 및 마그네슘 열-증발을 동시 실시하여, in-situ MgB2 박막을 성장시켰다. Fig.
마그네슘 열-증발과 보론 스퍼터링 방법들을 하나의 독립된 챔버 내에 구성하여, 국내외 최초로 고안되고, 마그네슘 도가니 가열 (crucible heating)을 위한 유도가 열 장치 (induction heating system) 및 알곤 가스내 불 순물 산소 정제 장치 등을 구성하여 부착한 ESSD (Evaporation Sputtering Simultaneous Deposition) 시스템을 성공적으로 구축하였다. 본 구축된 ESSD 시스템을 이용하여 , 증착기 판 온도를 623 K 그리고 마그네슘 열-증발 도가니 온도를 773 K로 고정하고, 임계 전 이온도 (R) 가 11 K인 in-situ MgB2 박막을 성공적으로 성장시켰다.
마그네슘 열-증발과 보론 스퍼터링 방법들을 하나의 독립된 챔버 내에 구성하여, 국내외 최초로 고안되고, 마그네슘 도가니 가열 (crucible heating)을 위한 유도가 열 장치 (induction heating system) 및 알곤 가스내 불 순물 산소 정제 장치 등을 구성하여 부착한 ESSD (Evaporation Sputtering Simultaneous Deposition) 시스템을 성공적으로 구축하였다. 본 구축된 ESSD 시스템을 이용하여 , 증착기 판 온도를 623 K 그리고 마그네슘 열-증발 도가니 온도를 773 K로 고정하고, 임계 전 이온도 (R) 가 11 K인 in-situ MgB2 박막을 성공적으로 성장시켰다. 이것을 기반으로 우리는 ESSD 시스템의 최적 증착 조건 연구 등을 통하여, 임계전이온도(TD가 35 K 이상 되는 우수한 성능의 in-situ MgB2 브}막 성장 연구를 수행할 예정이다.
한편, 많은 양의 마그네슘 이 증발되어 히터에 부착된 증착기판 국소 부분에 높은 마그네슘 증기 상태를 유지하더라도, 보론 스퍼터링이 일어나는데 방해요소가 없도록, 챔버 전체 내부압력을 mTorr 정도 유지토록 챔버는 계속하여 펌핑 (pumping)을 유지토록 하였다. 최종적으로, Fig. 1에서 보여준 도식적인 개념처럼 ESSD (Evaporation Sputtering Simultaneous Deposition) in-situ MgB2 박막제조 시스템을 본 실험실에서 설계 제작하였다.
따라서 마그네슘 열-증발 도가니의 끝부분을 노즐 형태로 만들어 높은 마그네슘 증기 상태가 히터에 부착된 기판 주 위에 유지토록 고안하였다. 한편, 많은 양의 마그네슘 이 증발되어 히터에 부착된 증착기판 국소 부분에 높은 마그네슘 증기 상태를 유지하더라도, 보론 스퍼터링이 일어나는데 방해요소가 없도록, 챔버 전체 내부압력을 mTorr 정도 유지토록 챔버는 계속하여 펌핑 (pumping)을 유지토록 하였다. 최종적으로, Fig.

성능/효과

측정한 데이터이다. Fig. 7에 보여준 것처럼, 본 ESSD 방법으로 성장시킨 in-situ N₂₃-MgB2/Al2O₃ 시편은, 비록 임계 전이온도(TD가 11 K 정도 이지만, MgB2 초전도 상(phase)이 성공적으로 성장되었음을 보여주고 있다. 따라서 국내 처음으로 본 실험실에서 고안되고, 설계 구축된 ESSD 시스템을 이용하여, in-situ MgB2 박막 제조에 성공하였으며, 현재 증착기판 온도 및 마그네슘 열-증발 도가니 온도 등의 최적 조건 연구 등을 통하여, in-situ MgB2 박막 성장을 위한 최적의 MgB2 상(phase) 형성 조건연구를 수행 중에 있으며, 이에 대한 결과를 추후에 발표할 예정이다.

후속연구

7에 보여준 것처럼, 본 ESSD 방법으로 성장시킨 in-situ N₂₃-MgB2/Al2O₃ 시편은, 비록 임계 전이온도(TD가 11 K 정도 이지만, MgB2 초전도 상(phase)이 성공적으로 성장되었음을 보여주고 있다. 따라서 국내 처음으로 본 실험실에서 고안되고, 설계 구축된 ESSD 시스템을 이용하여, in-situ MgB2 박막 제조에 성공하였으며, 현재 증착기판 온도 및 마그네슘 열-증발 도가니 온도 등의 최적 조건 연구 등을 통하여, in-situ MgB2 박막 성장을 위한 최적의 MgB2 상(phase) 형성 조건연구를 수행 중에 있으며, 이에 대한 결과를 추후에 발표할 예정이다.
본 구축된 ESSD 시스템을 이용하여 , 증착기 판 온도를 623 K 그리고 마그네슘 열-증발 도가니 온도를 773 K로 고정하고, 임계 전 이온도 (R) 가 11 K인 in-situ MgB2 박막을 성공적으로 성장시켰다. 이것을 기반으로 우리는 ESSD 시스템의 최적 증착 조건 연구 등을 통하여, 임계전이온도(TD가 35 K 이상 되는 우수한 성능의 in-situ MgB2 브}막 성장 연구를 수행할 예정이다.

참고문헌 (20)

J. Nagamatsu, N. Nakagawa, T. Muranaka, Y. Zenitani, J. Akimitsu, 'Superconductivity at 39K in magnesium diboride', Nature, 401. pp. 63-64, 2001

상세보기
S.A. Gurevich, 'Enhancement of the upper critical field by nonmagnetic impurities in dirty two-gap superconductors', Phys. Rev. B67, pp. 184515-1-13. 2003

상세보기
S.A Gurevich, S. Patnaik, V. Braccini, K.H. Kim, C. Micike, X. Song, L.D. Cooley, S.D. Bu, D.M. Kim, J.H. Choi, L.J. Belenky, J. Giencke, M.K. Lee, W. Tian, X.Q. Pan, A Siri, E.E. Hellstrom, C.B. Eom, D.C. Larbalestier, 'Very high upper critical fields in $MgB_2$ produced by selective tuning of impurity scattering'. Supercond. Sci. Technol., 17, pp. 278-286, 2004

상세보기
H.J. Choi, D. Roundy, H. Sun, M.L. Cohen, S.G. Louie, 'The origin of the anomalous superconducing properties of $MgB_2$ ', Nature, 418, pp. 758-760, 2002

상세보기
H. Schmidt, J.F. Zasadzinski, K.E. Gray, D.G. Hinks, 'Evidence for two-band superconductivity from Break-Junction Tunneling on $MgB_2$ ', Phys. Rev. Lett., 88, pp. 127002-1-4, 2002

상세보기
M.R. Eskildsen, M. Kugler. S. Tanaka, J. Jun, S.M. Kazakov, J. Karpinski, O. Fischer, 'Optical and Thermal-transport properties of an inhomogeneous d-wave superconductor', Phys. Rev. Lett., 89, pp. 187003-1-4, 2002

상세보기
S. Jin, H. Mavoori, R.B. van Dover, 'High critical currents in iron-clad superconducing $MgB_2$ wires', Nature, 411, pp. 563-565, 2001

상세보기
G. Grasso, A. Malagoli, C. Ferdeghini, S. Roncallo, V. Braccini, A.S. Siti, M.R. Cimberle, 'Large transport critical currents in unsintered $MgB_2$ superconducting tapes', Appl. Phys. Lett., 79, pp. 230-232, 2001

상세보기
K.J. Song, N.J. Lee, H.M. Jang, H.S. Ha, D.W. Ha, S.S. Oh, M.H. Sohn, R.K. Ko, C. Park, Y,K, Kwon, K.S. Ryu, 'Single-filament composite $MgB_2$ /stainless-steel ribbons by powder-in-tube process' Physica C, 370, pp .21-26, 2002

상세보기
G. Burnell, D.J. Kang, H.N. Lee, S.H. Moon, B. Oh, M.G. Blamire, 'Planar superconductor normal superconductor Josephson junctions in $MgB_2$ '. Appl. Phys. Lett., 79, pp. 3464-3466, 2001

상세보기
G. Burnell, D.J. Kang, D.A. Ansell, H.N. Lee, S.H. Moon, E.J. Tarte, M.G. Blamire, 'Directly coupled superconducting quantum interference device magnetometer fabricated in magnesium diboride by forcused ion beam', Appl. Phys. Lett., 81. pp. 102-104, 2002

상세보기
W.N. Kang, H.-J. Kim, E.-M. Choi, C.U. Jung, S.-I. Lee, ' $MgB_2$ superconducting thin films with a transition temperature of 39 Kelvin', Science, 292, pp. 1521-1523, 2001

상세보기
X.H. Zheng, A.V. Pogrebnyakov, A. Kotcharov, J.E. Jones, X.X. Xi, E.M. Lysczek, J.M. Redwing, S.Y. Xu, Q. Li, J. Lettieri, D.G. Schlom, W. Tian, X.Q. Pan, Z.K. Liu, 'In situ epitaxial $MgB_2$ thin films for superconducing electronics', Nat. Mater., 1, pp. 35-38, 2002

상세보기
K. Ueda, M. Naito, 'As-grown superconducing $MgB_2$ thin films prepared by molecular beam epitaxy', Appl. Phys. Lett., 79, pp. 2046-2048, 2001

상세보기
Brian H. Moeckly, Menlo Park, Ward S. Ruby, 'Growth of in situ thin films by reactive evaporation', US Patent Application Publication, US 2005/0116204 AI, pp. 1-17, 2005
R. Schneider, J. Geerk, G. Linker, F. Ratzel, A.G. Zaitsev, B. Obst, 'In situ deposition of $MgB_2$ thin films by magnetron cosputtering and sputtering combined with thermal evaporation', Physica C, 423, pp. 89-95, 2005

상세보기
G. Carapella, N. Martucciello, G. Costabile, C. Ferdeghini, V. Ferrando, G. Grassano, 'Josephson effect in Nb/A1203/Al/ $MgB_2$ large-area thin-film heterostructures', Appl. Phys. Lett., 80, pp. 2949-2951, 2001

상세보기
R. Schneider, J. Geerk, F. Ratzel, G. Linker, A.G. Zaitsev, 'In situ synthesis of $MgB_2$ thin films for tunnel junctions', Appl, Phys. Lett., 85, pp. 5290-5292, 2004

상세보기
T.H. Kim, J.S. Moodera, 'Demonstration of all in situ magnesium diboride superconductor thin-film tunnel junctions', Appl. Phys. Lett., 85, pp. 434-436, 2004

상세보기
H. Shimakage, K. Tsujimoto, Z. Wang, M. Tonouchi, 'All- $MgB_2$ tunnel junctions with aluminum nitride barriers', Appl. Phys. Lett., 86, pp. 072512-1-3, 2005

상세보기

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증