$\require{mediawiki-texvc}$

연합인증

연합인증 가입 기관의 연구자들은 소속기관의 인증정보(ID와 암호)를 이용해 다른 대학, 연구기관, 서비스 공급자의 다양한 온라인 자원과 연구 데이터를 이용할 수 있습니다.

이는 여행자가 자국에서 발행 받은 여권으로 세계 각국을 자유롭게 여행할 수 있는 것과 같습니다.

연합인증으로 이용이 가능한 서비스는 NTIS, DataON, Edison, Kafe, Webinar 등이 있습니다.

한번의 인증절차만으로 연합인증 가입 서비스에 추가 로그인 없이 이용이 가능합니다.

다만, 연합인증을 위해서는 최초 1회만 인증 절차가 필요합니다. (회원이 아닐 경우 회원 가입이 필요합니다.)

연합인증 절차는 다음과 같습니다.

최초이용시에는
ScienceON에 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 로그인 (본인 확인 또는 회원가입) → 서비스 이용

그 이후에는
ScienceON 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 서비스 이용

연합인증을 활용하시면 KISTI가 제공하는 다양한 서비스를 편리하게 이용하실 수 있습니다.

[국내논문] 전자빔증발법에 의한 Ba(Ti,Sn)O3막의 제조 및 특성
Synthesis and Properties of Ba(Ti,Sn)O3 Films by E-Beam Evaporation 원문보기

한국재료학회지 = Korean journal of materials research, v.18 no.7, 2008년, pp.373 - 378  

박상식 (경북대학교 신소재공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

$Ba(Ti,Sn)O_3$ thin films, for use as dielectrics for MLCCs, were grown from Sn doped BaTiO3 sources by e-beam evaporation. The crystalline phase, microstructure, dielectric and electrical properties of films were investigated as a function of the (Ti+Sn)/Ba ratio. When $BaTiO_3$

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper 아이콘 AI-Helper

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

제안 방법

  • 챔버에 Ar과 O2개스를 주입 후의 챔버압력은 전자빔 산란으로 인한 증발속도의 저하를 막기위해 1 × 10−4 Torr 이하로 유지되도록 증착조건을 설정하였다.
  • 전기적 특성을 측정하기 위해 상부전극으로 100 µm의 직경을 갖는 백금을 약 100 nm의 두께로 dc sputtering법으로 증착하여 MIM (metal-insulator-metal) 구조를 갖도록 하였다.
  • 제조된 박막의 결정구조는 Cu Kα radiation과 Ni 필터를 사용한 X-ray 회절장치(XRD, Panalytical X'pert pro)를, 박막의 미세구조와 조성은 주사전자현미경(SEM-EDX, Jeol, JSM-6700F)을 이용하여 분석하였다.
  • 8,9) 그런데 증발법을 이용하여 화합물을 증발시 소스의 분해 및 각 원소의 증기압차이로 인해 막에서의 조성불균일이 유발되는 문제점이 보고된다.10) 본 연구에서는 MLCC에의 적용을 위해 BaTiO3에 Sn이 다양하게 도핑된 Ba(Ti,Sn)O3(BTS)소스를 제조하고 전자빔 가열시 BTS 소스의 증발거동을 확인하였다. 박막에 첨가되는 Sn의 양 및 (Ti+Sn)/Ba 비를 조절하기 위하여 공정조건을 변화시켜 다양한 조성의 박막을 제조하고 조성에 따른 박막의 결정성 및 미세구조에 미치는 영향을 파악하고 전기적 특성을 확인하였다.
  • 10) 본 연구에서는 MLCC에의 적용을 위해 BaTiO3에 Sn이 다양하게 도핑된 Ba(Ti,Sn)O3(BTS)소스를 제조하고 전자빔 가열시 BTS 소스의 증발거동을 확인하였다. 박막에 첨가되는 Sn의 양 및 (Ti+Sn)/Ba 비를 조절하기 위하여 공정조건을 변화시켜 다양한 조성의 박막을 제조하고 조성에 따른 박막의 결정성 및 미세구조에 미치는 영향을 파악하고 전기적 특성을 확인하였다.
  • 전자빔증발을 위한 BTS 소스는 크게 두 그룹으로 구분하여 제작하였다. 1그룹은 BaCO3, TiO2, SnO2 (순도 99.
  • 전자빔증발을 위한 BTS 소스는 크게 두 그룹으로 구분하여 제작하였다. 1그룹은 BaCO3, TiO2, SnO2 (순도 99.9%이상)를 1000oC에서의 하소과정을 거친 후 혼합하여 1인치 직경의 봉상으로 성형하였으며 Ti을 치환하는 Sn의 양은 20~50몰%가 되도록 하였다. 2그룹으로 BaTiO3 분말에 SnO2분말을 각각 5몰%(BTS-5), 10몰% (BTS-10)를 첨가하여 혼합 후 1그룹과 같은 크기의 봉상으로 성형 후 1200oC에서 5시간동안 소성하여 다양한 조성비를 갖는 BTS 소스를 제작하였다.
  • 9%이상)를 1000oC에서의 하소과정을 거친 후 혼합하여 1인치 직경의 봉상으로 성형하였으며 Ti을 치환하는 Sn의 양은 20~50몰%가 되도록 하였다. 2그룹으로 BaTiO3 분말에 SnO2분말을 각각 5몰%(BTS-5), 10몰% (BTS-10)를 첨가하여 혼합 후 1그룹과 같은 크기의 봉상으로 성형 후 1200oC에서 5시간동안 소성하여 다양한 조성비를 갖는 BTS 소스를 제작하였다. 기판은 p형(100)Si 기판과 유전체막의 전기적특성의 확인을 위해 Si 기판위에 TiO2와 Pt을 스퍼터링에 의해 증착하여 사용하였다.
  • Torr로 유지한 후 증발물의 이온화 유도와 반응성을 향상시키기 위하여 챔버에 이온건(ion gun)을 장착하여 Ar개스 10sccm을 흘리면서 플라즈마 분위기를 유지하였다. 막의 조성을 조절하기위해 Sn함량이 각각 다른 BTS 소스를 전자빔조사를 통해 증발 시켰고, 제조된 막에서 Ti의 부족을 확인한 후 BTS-5, BTS-10소스와 Ti 금속소스를 이웃하게 위치시킨 후 전자빔을 스캔하여 동시증발(coevaporation)시키는 방법을 사용하여 조성을 제어하였다. 전자빔의 스캔시 각 소스에 인가되는 빔의 머무름시간(dwell time)을 다양하게 프로그래밍 하여 막의 조성을 변화시켰다.
  • 막의 조성을 조절하기위해 Sn함량이 각각 다른 BTS 소스를 전자빔조사를 통해 증발 시켰고, 제조된 막에서 Ti의 부족을 확인한 후 BTS-5, BTS-10소스와 Ti 금속소스를 이웃하게 위치시킨 후 전자빔을 스캔하여 동시증발(coevaporation)시키는 방법을 사용하여 조성을 제어하였다. 전자빔의 스캔시 각 소스에 인가되는 빔의 머무름시간(dwell time)을 다양하게 프로그래밍 하여 막의 조성을 변화시켰다. 소스의 증발속도는 챔버에 부착된 QCM (Quartz crystal microbalence)을 이용하여 확인하였고 일정한 증발속도에 도달하도록 전자빔 전류를 인가한 후 셔터를 열고 증착을 시작하였다.
  • 전자빔의 스캔시 각 소스에 인가되는 빔의 머무름시간(dwell time)을 다양하게 프로그래밍 하여 막의 조성을 변화시켰다. 소스의 증발속도는 챔버에 부착된 QCM (Quartz crystal microbalence)을 이용하여 확인하였고 일정한 증발속도에 도달하도록 전자빔 전류를 인가한 후 셔터를 열고 증착을 시작하였다. 챔버에 Ar과 O2개스를 주입 후의 챔버압력은 전자빔 산란으로 인한 증발속도의 저하를 막기위해 1 × 10−4 Torr 이하로 유지되도록 증착조건을 설정하였다.
  • 전기적 특성을 측정하기 위해 상부전극으로 100 µm의 직경을 갖는 백금을 약 100 nm의 두께로 dc sputtering법으로 증착하여 MIM (metal-insulator-metal) 구조를 갖도록 하였다. 유전상수 및 유전손실계수의 주파수 특성(C-F)은 impedance gain phase analyzer (HP 4194A)를 이용하였고, 누설전류특성은 picoammeter (HP 4140B) 이용하여 측정하였다.
  • 단수소스를 이용하여 증발시 소스내 Sn의 우선증발로 인해 Ti이 Sn에 비해 적게 함유된 BTS막의 증착이 불가하여 BTS-5, BTS-10소스를 제조하고 Ti의 부족을 보충하기 위해 각각의 BTS 소스와 Ti 소스를 동시증발법 (co-evaporation)에 의해 성막하였다. BTS와 Ti소스에 조사되는 전자빔의 머무름시간을 조절하여 막내에 Ti과 Sn 의 비율을 조절하였다. Fig.

대상 데이터

  • 2그룹으로 BaTiO3 분말에 SnO2분말을 각각 5몰%(BTS-5), 10몰% (BTS-10)를 첨가하여 혼합 후 1그룹과 같은 크기의 봉상으로 성형 후 1200oC에서 5시간동안 소성하여 다양한 조성비를 갖는 BTS 소스를 제작하였다. 기판은 p형(100)Si 기판과 유전체막의 전기적특성의 확인을 위해 Si 기판위에 TiO2와 Pt을 스퍼터링에 의해 증착하여 사용하였다.
  • BaTiO3에 Ti을 Sn으로 일부 치환한 소스를 단독으로 사용하여 증발 시 Ti 에 비해 Ba과 Sn의 상대적으로 높은 증기압으로 인해 Ti이 일부 첨가된 BaSnO3상이 형성되어 단수소스를 이용하여 BTS막을 제조하는 것이 불가하였다. Sn이 10%이내로 도핑된 BaTiO3와 Ti의 복수소스에 인가되는 전자빔의 조사량을 각각 달리하여 동시증발시 15% 이내의 Sn이 도핑된 BaTiO3 막을 제조할 수 있었다. Ba이 Ti+Sn 이온에 비해 과잉으로 함유시 막의 표면이 백색의 Ba 수화물로 변화되었다.

이론/모형

  • 그런데 스퍼터링과 같은 기상증착법의 단점은 산화물의 코팅시 매우 낮은 증착속도를 보이므로 수십에서 수백층까지의 적층이 이루어지는 MLCC공정에는 적합하지 않다. 이러한 한계를 극복하기 위하여 전자빔증발법(e-beam evaporation)법을 사용하여 유전체막의 증착을 시도하였다. 한편, BaTiO3 박막은 높은 유전상수 및 낮은 누설전류로 인해 반도체 메모리소자의 캐패시터, 세라믹캐패시터, 센서 등에 적용되고 있는데5,6) MLCC의 유전체 또한 BaTiO3를 기본으로하는 원료가 오래전부터 사용되어 왔다.
  • 단수소스를 이용하여 증발시 소스내 Sn의 우선증발로 인해 Ti이 Sn에 비해 적게 함유된 BTS막의 증착이 불가하여 BTS-5, BTS-10소스를 제조하고 Ti의 부족을 보충하기 위해 각각의 BTS 소스와 Ti 소스를 동시증발법 (co-evaporation)에 의해 성막하였다. BTS와 Ti소스에 조사되는 전자빔의 머무름시간을 조절하여 막내에 Ti과 Sn 의 비율을 조절하였다.
  • MLCC의 유전체층으로써의 적용을 위해 BTS 박막을 전자빔증발법을 이용하여 제조하였다. BaTiO3에 Ti을 Sn으로 일부 치환한 소스를 단독으로 사용하여 증발 시 Ti 에 비해 Ba과 Sn의 상대적으로 높은 증기압으로 인해 Ti이 일부 첨가된 BaSnO3상이 형성되어 단수소스를 이용하여 BTS막을 제조하는 것이 불가하였다.
본문요약 정보가 도움이 되었나요?

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
현재의 성형공정으로 가질 수 있는 MLCC 두께의 한계는? 1-2) 이러한 MLCC의 기술동향에 따라 생산공정의 개선 및 개발을 통해 유전체층의 박층화와 고적층화가 급속하게 진행되어 왔다. MLCC는 수 µm 이내의 두께를 갖는 유전체층들로 구성되는데 현재의 성형공정으로는 약 1 µm가 기술적 한계로 지적되고 있어3) 더 이상의 박층화가 매우 어려운 상황에 직면하고 있다. MLCC 제조공정에 있어 유전체의 성형공정은 액상의 세라믹 슬러리를 Doctor-blade, Die-coater, Lip-coater 등을 이용하여 얇은 층으로 제조하는데 이때 원료 분체입자의 크기, 입도분포, 분산성 등이 충분히 고려되어야만 박층화가 가능하며 현재 1 µm 범위까지의 박층이 적용되고 있다.
BaTiO3에서 0.071 nm 반경의 Sn4+이온으로 0.068 nm의 Ti4+ 이온을 치환할 때 Sn의 치환량이 증가함에 따라 회절피크의 저각방향으로의 이동을 예상할 수 있는데 분석된 시편들의 경우, 피크의 이동은 관찰되지 않은 이유는 무엇인가? 068 nm의 Ti4+ 이온을 치환할 때 Sn의 치환량이 증가함에 따라 회절피크의 저각방향으로의 이동7,13)을 예상할 수 있는데 분석된 시편들의 경우, 피크의 이동은 관찰되지 않는다. 이는 막들간 조성비의 차이가 비교적 작기 때문이라 판단되며 단지 (Ti+Sn)/Ba 비가 1에 접근할수록 회절피크의 강도가 다소 증가하는 경향을 보였다.
스퍼터링과 같은 기상증착법이 MLCC공정에 부적합한 이유는? 4) 증착공정에 의해 MLCC를 제작 시 양산성을 갖추기 위해서는 높은 증착 속도와 조성 제어의 가능성이 요구된다. 그런데 스퍼터링과 같은 기상증착법의 단점은 산화물의 코팅시 매우 낮은 증착속도를 보이므로 수십에서 수백층까지의 적층이 이루어지는 MLCC공정에는 적합하지 않다. 이러한 한계를 극복하기 위하여 전자빔증발법(e-beam evaporation)법을 사용하여 유전체막의 증착을 시도하였다.
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (19)

  1. H. Kishi, Y. Mizuno and H. Chazono, Jpn. J. Appl. Phys., 42(1), 1 (2003) 

  2. M. Randall, in proceedings of the CARTS USA 2000 symposium (Huntington Beach, CA, March, 2000), 195 (2000) 

  3. Y. Sakabe, Y. Takeshima and K. Tanaka, J. Electroceram., 3, 115 (1999) 

  4. S. Mustofa, T. Araki, T. Furusawa, M. Nishida and T. Hino, Mater. Sci. and Eng., B103, 128 (2003) 

  5. Y. Sakabe, Ceramics (in Japan), 36, 407 (2001) 

  6. P. C. Joshi and S. B. Desu, Thin Solid Films, 300, 289 (1997) 

  7. S. Markovic, M. Mitric, N. Cvjeticanin and D Uskokovic, J. Eur. Ceram. Soc., 27, 505 (2007) 

  8. R. Steinhausen, A. Kouvatov, H. Beige, H. T. Langhammer and H. P. Abicht, J. Eur. Ceram. Soc., 24, 1677 (2004) 

  9. V. Mueller, L. Jager, H. Beige, H. P. Abicht and T. Muller, Solid State Commun., 129, 757 (2004) 

  10. R. A. Zarate, A. L. Kabrera, U. G. Volkman and V. Fuenzalida, J. Phys. Chem. Solids, 59, 1639 (1998) 

  11. A. E. Feuersanger, A. K. Hagenlocher and A. L. Solomon, J. Electrochem. Soc., 111, 1387 (1964) 

  12. S. S. Park, J. H. Ha and H. N. Wadley, Integrated Ferroelectrics, 99, 105 (2008) 

  13. S. W. Ding, J. Chai and C. Y. Feng, Mater. Lett., 60, 3241 (2006) 

  14. W. Bak, C. Kajtoch and F. Starzyk, Mater. Sci. Eng., B100, 9 (2003) 

  15. C. Kajtoch, Mater. Sci. Eng., B64, 25 (2003) 

  16. A. Kumar, B. P. Singh, R. N. P. Choudhary and A. K. Thakur, Mater. Lett., 59, 1880 (2005) 

  17. G. W. Dietz, M. Schumacher, R. Waser, S. K. Streiffer, C. Basceri and A. I. Kingon, J. Appl. Phys., 82, 2359 (1997) 

  18. Z. Wei, M. Noda and M. Okuyama, Jpn. J. Appl. Phys., 41, 6619 (2002) 

  19. N. Shu, Ashok Kumar, M. R. Alam, H. L. Chan and Q. You, Appl. Surf. Sci., 109, 366 (1997) 

저자의 다른 논문 :

활용도 분석정보

상세보기
다운로드
내보내기

활용도 Top5 논문

해당 논문의 주제분야에서 활용도가 높은 상위 5개 콘텐츠를 보여줍니다.
더보기 버튼을 클릭하시면 더 많은 관련자료를 살펴볼 수 있습니다.

관련 콘텐츠

오픈액세스(OA) 유형

BRONZE

출판사/학술단체 등이 한시적으로 특별한 프로모션 또는 일정기간 경과 후 접근을 허용하여, 출판사/학술단체 등의 사이트에서 이용 가능한 논문

저작권 관리 안내
섹션별 컨텐츠 바로가기

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

AI-Helper 아이콘
AI-Helper
안녕하세요, AI-Helper입니다. 좌측 "선택된 텍스트"에서 텍스트를 선택하여 요약, 번역, 용어설명을 실행하세요.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.

선택된 텍스트

맨위로