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문제 정의
- 본 논문에서는 rf-sputtering법으로 형성된 MgO 나 노점의 형성 조건을 조사하였다. 형성된 나노점의 크기 및 밀도를 Atomic Force Microscopy(AFM)으로 측정 및 분석하였으며 나노점을 통하여 초전도 물질 내부에 형성될 자속고정점의 유도에 관하여 알아보았다.
제안 방법
- 또한 sputtering power에 대한 나노점의 변화를 관찰하기 위해 최대 약 200 watts까지 조사하였다. MgO 나노점의 크기 및 밀도는 AFM을 사용하여 측정하였으며 나노점의 형상을 조사하기 위해 표면 및 단면 분석을 실시하였다.
- silver paste를 사용하여 기판을 sample holder에 부착하였으며 기 판과 sputtering target사이의 거리 는 약 7 cm를 유지하였다. MgO 나노점의 형성 조건을 조사하기 위하여 기판의 온도를 상온에서부터 400℃까지 변화시켰으며 증착 시간도 약 10초부터 수분까지 조절하였다. 또한 sputtering power에 대한 나노점의 변화를 관찰하기 위해 최대 약 200 watts까지 조사하였다.
- rf-sputteringS] power 변화에 대한 MgO 나 노점의 형성 및 표면조도를 조사하였다. 이때 기판의 온도는 상온으로 유지하였으며 증착시간은 30초 동안 실시하였다.
- 표면에 나노점을 형성하였다. 기판 표면에 MgO 나노점을 형성하기 위하여 Mg을 sputtering법을 이용하여 기판표면에 증착한 후 산화 처리하여 MgO를 형성하였다. rf-sputtering 시스템은 turbo molecular pump와 mechanical pump로 구성 하여 초기 base pressure 를 약 7x10“ Torr 까지 배기하였다.
- MgO 나노점의 형성 조건을 조사하기 위하여 기판의 온도를 상온에서부터 400℃까지 변화시켰으며 증착 시간도 약 10초부터 수분까지 조절하였다. 또한 sputtering power에 대한 나노점의 변화를 관찰하기 위해 최대 약 200 watts까지 조사하였다. MgO 나노점의 크기 및 밀도는 AFM을 사용하여 측정하였으며 나노점의 형상을 조사하기 위해 표면 및 단면 분석을 실시하였다.
- 실험변수인 기판 온도, rf-power, 그리고 증착 시간을 변화시켜가면서 나노점의 크기 및 밀도의 관계를 분석하였다. 형성된 MgO 나노점의 크기 및 밀도는 AFM 측정 및 분석을 통해 조사하였다.
- 기판의 표면에 형성된 나노점은 초전도 물질과 격자 상수가 다르며 또한 화학적인 반응을 통하여 나노점 위에 증착되는 초전도 물질은 결정성장을 하지 못하게 유도할 수 있다. 이러한 방식을 사용하여 초전도 물질 내부에 자속고정점을 형성하는 보고들이 있었다 [3-5], 실험에 사용된 방법으로는 크게 물리적인 증착법인 pulsed laser deposition 그리고 sputtering deposition 등이 있으며 화학적 인 코팅공정 으로도 기 판 표면에 나 노점을 형성하여 자속고정점을 유도하였다..
- 증착시간이 MgO 나노점의 형성에 미치는 영향에 대하여 살펴보았다 [3], 다른 실험 변수인 기판온도와 rf-sputtering power는 각각 상온과 100 watts로 고정하였다. 10초 동안 증착한 경우 평균표면조도는 약 0.
- 증착온도에 따른 MgO 나노점의 형성을 조사하기 위하여 기판의 온도를 상온에서부터 400℃까지 변화시켰다. 이때 다른 실험 변수인 rf-power나 sputtering timee 각각 100 watts와 30초로 고정시켰다.
- 실험변수인 기판 온도, rf-power, 그리고 증착 시간을 변화시켜가면서 나노점의 크기 및 밀도의 관계를 분석하였다. 형성된 MgO 나노점의 크기 및 밀도는 AFM 측정 및 분석을 통해 조사하였다. 기판 온도를 상온으로 유지하고 rf-power 100 watts에서 30초 동안 증착시킨 시료에서 최대 밀도>230/iim2을 얻을 수 있었다.
- 형성 조건을 조사하였다. 형성된 나노점의 크기 및 밀도를 Atomic Force Microscopy(AFM)으로 측정 및 분석하였으며 나노점을 통하여 초전도 물질 내부에 형성될 자속고정점의 유도에 관하여 알아보았다.
이론/모형
- rf-sputtering법을 이용하여 LaAKMLAO) 단결정 기판의 표면에 나노점을 형성하였다. 기판 표면에 MgO 나노점을 형성하기 위하여 Mg을 sputtering법을 이용하여 기판표면에 증착한 후 산화 처리하여 MgO를 형성하였다.
- 본 연구에서는 진공 증착법인 rf-sputtering법을 이용하였다. sputtering법은 널리 잘 알려져 있는 증착 공정이며 초전도층 뿐 아니라 완충층 등 여러 종류의 박막 공정에 두루 사용되고 있는 매우 안정적이고 효과적인 방법이다 [5, 6].
- 인공적인 자속고정점을 유도하기 위해 단결정 LAO 기판위에 rf-sputtering법을 이용하여 MgO 나 노점을 형성하였다. 실험변수인 기판 온도, rf-power, 그리고 증착 시간을 변화시켜가면서 나노점의 크기 및 밀도의 관계를 분석하였다.
성능/효과
- 한편 150과 200 watts의 rf-power를 사용한 경우 100 watts의 경우보다 평균표면 조도가 낮게 나왔으며 이는 기판 표면이 MgO층으로 완전히 덮여 있는 것에 기인한다. 본 실험실에서 연구한 丫2。3 나노점 형성 실험의 경우 상호 연결되어 있는 섬 구조의 층을 발견할 수 있었으며 평균표면 조도도 2.65 nm로 높게 측정되었고 기판 표면이 Y2O3층으로 완전하게 덮여질 겨우 평균표면조도가 다시 낮아진다는 것을 확인한 바 있다. [5, 8].
- 기판 온도를 상온으로 유지하고 rf-power 100 watts에서 30초 동안 증착시킨 시료에서 최대 밀도>230/iim2을 얻을 수 있었다. MgO 나노점은 평면상 원형의 모양에 가까웠으며 크기는 160 nm 이하로 측정되었고 단면 분석을 통해 나노점의 높이는 4-30 nm임을 확인하였다. rf-sputtering법은 초전도층 및 완충층의 증착에도 많이 사용되고 있는 방법이므로 같은 방식을 사용하여나 노점을 유도함으로써 향후 초전도 장선화 공정 및 비용 절감에도 유리한 방법이라 할 것이다.
- 형성된 MgO 나노점의 크기 및 밀도는 AFM 측정 및 분석을 통해 조사하였다. 기판 온도를 상온으로 유지하고 rf-power 100 watts에서 30초 동안 증착시킨 시료에서 최대 밀도>230/iim2을 얻을 수 있었다. MgO 나노점은 평면상 원형의 모양에 가까웠으며 크기는 160 nm 이하로 측정되었고 단면 분석을 통해 나노점의 높이는 4-30 nm임을 확인하였다.
- 27 nm로 나타났으며 사용한 LAO 기판의 조도와 비슷한 값을 갖고 있었다. 증착 시간이 30초인 경우는 MgO 나노점을 확인할 수 있었으며 평균 표면조도는 2.57 nm로 증가하였다. 60초로 증착시간을 늘렸을 경우 평균표면조도는 다시 0.
후속연구
- MgO 나노점은 평면상 원형의 모양에 가까웠으며 크기는 160 nm 이하로 측정되었고 단면 분석을 통해 나노점의 높이는 4-30 nm임을 확인하였다. rf-sputtering법은 초전도층 및 완충층의 증착에도 많이 사용되고 있는 방법이므로 같은 방식을 사용하여나 노점을 유도함으로써 향후 초전도 장선화 공정 및 비용 절감에도 유리한 방법이라 할 것이다.
- 자속 고정점의 크기 및 분포와 실제 흐를 수 있는 초전도 전류에 대한 유효면적을 고려해 보면 자속고정점의 크기 및 밀도는 최적의 이론적 값을 가지게 되며 초전도 물질의 간섭 길이에 해당하는 1-3 nm, 자속고정점 상호 간의 거리가 약 10 nm 부근일 때 최대 전류를 얻을 수 있다고 알려져 있다. 마찬가지로 기판 표면위에 나 노점을 종자점으로 하여 초전도 물질 내부에 자속고정점을 효과적으로 유도시키기 위해서는 나노점의 직경은 더 줄어들어야 하며 밀도를 높이는 연구가 필요하다. 하지만 나노막대 형태의 종자점과 자속고정점간의 반응 형태에 대해서는 더 연구가 필요할 것으로 생각된다.
- 마찬가지로 기판 표면위에 나 노점을 종자점으로 하여 초전도 물질 내부에 자속고정점을 효과적으로 유도시키기 위해서는 나노점의 직경은 더 줄어들어야 하며 밀도를 높이는 연구가 필요하다. 하지만 나노막대 형태의 종자점과 자속고정점간의 반응 형태에 대해서는 더 연구가 필요할 것으로 생각된다.
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