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직충돌 이온산란 분광법(ICISS)에 의한 고체 표면구조의 해석(2): 반도체 재료의 표면구조 해석
Surface Structure Analysis of Solids by Impact Collision Ion Scattering Spectroscopy(2): Atomic Structure of Semiconductor Surface 원문보기

한국결정학회지 = Korean journal of crystallography, v.19 no.1/2, 2008년, pp.7 - 13  

황연 (서울산업대학교 신소재공학과)

초록
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고체 표면의 구조해석 방법에는 LEED(저에너지 전자선 회절법)나 RHEED(반사 고에너지 전자선 회절법) 등과 같이 표면의 2차원적 회절상을 해석하는 방법이 있고(역격자 공간의 해석), 또는 ISS(이온산란 분광법), RBS(러더포드 후방산란법) 등과 같이 표면 원자의 실공간에 대한 정보를 직접 얻는 방법이 있다. 실제로는 두 가지 종류의 분석법을 상호 보완적으로 조합하여 효율적인 구조해석을 수행한다. 본고에서는 직충돌 이온산란 분광법(ICISS: Impact Collision Ion Scattering Spectroscopy)에 대한 원리, 장치, 측정방법 등을 소개한 전고에 이어서 이를 이용한 반도체 표면구조 해석에 관하여 기술하고자 한다. 표면의 원자구조를 알아내기 위해서는 산란된 입자의 강도를 입사각도와 출사각도에 대하여 조사하여야 하는데, 이온이 원자와 충돌하여 산란될 때 원자의 후방으로 형성되는 shadow cone에 의하여 생성되는 집속 효과(focusing effect) 및 가리움 효과(blocking effect) 중에서 ICISS는 집속 효과만을 고려하여 해석하면 실공간에서의 원자구조를 해석할 수 있다. 본 고에서는 ICISS를 이용하여 금속 또는 절연체 물질이 반도체 표면 위에서 흡착 또는 성장될 때 초기의 계면 구조 해석, 금속/반도체 계면에서 시간에 따른 동적변화 해석, III-V족 반도체의 표면구조 해석, 반도체 기판 위에서 박막 성장 과정 해석 등에 관한 연구 사례를 소개하고자 한다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • Si(111) 청정 표면에 CaF2를 MBE 법에 의하여 단층 성장시킨 후 얻은 ICISS 결과를 설명하고자 한다. 수직 입사각으로 산란 강도를 측정하여 Ca 피크와 F 피크의 강도비율에 따라 Ca와 F의 산란단면적을 고려하면 상대적 조성비를 알 수 있는데, 여기서 Ca와 F의 조성비는 1.

가설 설정

  • 즉 ICISS는 다음과 같은 장점이 있다. (1) 표면의 조성과 구조의 정량적 해석이 직접적이다. (2) 표면 아래 수-십 수 원자층까지 관찰 할 수 있다.
  • 산란강도의 φ 의존성은 가열 온도가 높아짐에 따라 뚜렷해진다. 가열 전의 표면은 (a) 무질서하게 배열된 것에 비하여 가열 후의 표면은 (b) 질서 있는원자배열로변화함을 알수있다. 또한 (c)는 S를 탈리시킨 후 얻은 강도이므로 이는 기판인 InAs(001)의 원자구조를 반영한다.
  • 1) 입사각 α = 17° 및 171° 에서 산란강도가 감소하는 것은 Si 표면 최외층에 형성된 F 원자가 Ca 원자를 가리기 때문이다.
  • 9) 증착 속도는 1/3 ML(1 ML = 7.83×1014 atoms/cm2)이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
고체 표면의 구조해석 방법 중, 2차원적 회절상을 해석하는 방법은? 고체 표면의 구조해석 방법에는 LEED(저에너지 전자선 회절법)나 RHEED(반사 고에너지 전자선 회절법) 등과 같이 표면의 2차원적 회절상을 해석하는 방법이 있고(역격자 공간의 해석), 또는 ISS(이온산란 분광법), RBS(러더포드 후방산란법) 등과 같이 표면 원자의 실공간에 대한 정보를 직접 얻는 방법이 있다. 실제로는 두 가지 종류의 분석법을 상호 보완적으로 조합하여 효율적인 구조해석을 수행한다.
ICISS가 가진 장점은? 즉 ICISS는 다음과 같은 장점이 있다. (1) 표면의 조성과 구조의 정량적 해석이 직접적이다. (2) 표면 아래 수-십 수 원자층까지 관찰 할 수 있다. (3) 표면에서 일어나는 동적 변화의 과정을 실시간으로 해석하여 관찰함이 가능하다. (4) 이온의 중성화를 적극적으로 이용할 수 있다. 따라서 ICISS는 고체 표면의 기초 연구뿐 만 아니라 반도체 소자 개발과 같은 각종 응용 분야에 이용될 수 있으며, 반사 고에너지 전자 회절 (RHEED)과 같은 회절법과 조합하여 보완하면 보다 강력한 분석 도구로서 사용될 수 있다.
직충돌 이온산란 분광법을 이용한 반도체 표면 구조를 해석하는 방법은? 본고에서는 직충돌 이온산란 분광법(ICISS: Impact Collision Ion Scattering Spectroscopy)에 대한 원리, 장치, 측정방법 등을 소개한 전고에 이어서 이를 이용한 반도체 표면구조 해석에 관하여 기술하고자 한다. 표면의 원자구조를 알아내기 위해서는 산란된 입자의 강도를 입사각도와 출사각도에 대하여 조사하여야 하는데, 이온이 원자와 충돌하여 산란될 때 원자의 후방으로 형성되는 shadow cone에 의하여 생성되는 집속 효과(focusing effect) 및 가리움 효과(blocking effect) 중에서 ICISS는 집속 효과만을 고려하여 해석하면 실공간에서의 원자구조를 해석할 수 있다. 본 고에서는 ICISS를 이용하여 금속 또는 절연체 물질이 반도체 표면 위에서 흡착 또는 성장될 때 초기의 계면 구조 해석, 금속/반도체 계면에서 시간에 따른 동적변화 해석, III-V족 반도체의 표면구조 해석, 반도체 기판 위에서 박막 성장 과정 해석 등에 관한 연구 사례를 소개하고자 한다.
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참고문헌 (15)

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  15. Katayama, M., Nomura, E., Soejima, H., Hayashi, S. and Aono, M., Nucl. Instrum. & Methods Phys. Res., B45, 408 (1990) 

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