[논문]MOCVD를 이용한 대면적 CdTe 단결정 박막성장

김광천; 정규호; 유현우; 임주혁; 김현재; 김진상

doi:10.4313/jkem.2010.23.4.343

MOCVD를 이용한 대면적 CdTe 단결정 박막성장
Growth of Large Scale CdTe(400) Thin Films by MOCVD 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.23 no.4, 2010년, pp.343 - 346

김광천 (한국과학기술연구원 재료연구본부 전자재료센터) , 정규호 (한국과학기술연구원 재료연구본부 전자재료센터) , 유현우 (한국과학기술연구원 재료연구본부 전자재료센터) , 임주혁 (한국과학기술연구원 재료연구본부 전자재료센터) , 김현재 (연세대학교 전기전자공학부) , 김진상 (한국과학기술연구원 재료연구본부 전자재료센터)

Abstract ▼ AI-Helper

We have investigated growth of CdTe thin films by using (As, GaAs) buffer layers for application of large scale IR focal plane arrays(IFPAs). Buffer layers were grown by molecular beam epitaxy(MBE), which reduced the lattice mismatch of CdTe/Si and prevented native oxide on Si substrates. CdTe thin films were grown by metal organic chemical deposition system(MOCVD). As a result, polycrystalline CdTe films were grown on Si(100) and arsenic coated-Si(100) substrate. In other case, single crystalline CdTe(400) thin film was grown on GaAs coated-Si(100) substrate. Moreover, we observed hillock structure and mirror like surface on the (400) orientated epitaxial CdTe thin film.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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

문제 정의

본 논문에서는 Si 기판을 이용하여 양질의 CdTe 단결정 박막을 MOCVD법으로 성장 하고자 하였다. 우선 양질의 CdTe 박막을 성장하기 위한 Si 기판의 자연 산화막 제거 방법 및 공정조건에 대하여 고찰 하였다.
본 논문에서는 Si 기판을 이용하여 양질의 CdTe 단결정 박막을 MOCVD법으로 성장 하고자 하였다. 우선 양질의 CdTe 박막을 성장하기 위한 Si 기판의 자연 산화막 제거 방법 및 공정조건에 대하여 고찰 하였다. 또한 Si 기판과 성장되는 CdTe 박막의 결정학적 방위 관계를 해석하고 최종적으로는 기판과 CdTe 사이에 버퍼레이어를 사용하여 기판의 방위와 동일한 방위를 가지는 CdTe 단결정 박막을 얻는 공정을 개발 하였다.

제안 방법

반응관은 석영(quartz)으로 제작 되었으며 흑연 서셉터(susceptor) 위에 기판을 위치 시켜 박막 성장을 하였다. RF 코일을 이용하는 유도 가열 방식을 사용하여 서셉터의 온도를 가열 하였으며 380～500℃로 온도를 제어 하였다. Cd, Te의 유기 금속 화합물은 dimethylcadmium(DmCd)과 diisopropyltellurium (DiPTe)을 사용 하였다.
65 mmHg 이며 하나의 항-온조 에 DmCd 및 DiPTe를 동시에 넣고 각각의 유량을 조절하여 II족 및 VI족의 비율을 1:1 근방이 되도록 하였다. 기판은 (100)방향을 가지는 Si기판을 사용 하였으며 MBE 챔버 내에서 800℃로 온도를 올려 thermal cleaning법으로 기존의 실리콘 자연 산화막(SiOx)을 제거 후, As 또는 GaAs를 각각 증착시켜 SiOx의 표면 증착을 막고 동시에 버퍼 레이어로 사용 하고자 하였다. CdTe 박막의 표면 관찰은 광학현미경 (Olympus, BH2-UMA)이 사용 되었으며, 결정성 평가 방법으로는 XRD (BRUKER, D8, 60 kW)가 사용 되었다.
우선 양질의 CdTe 박막을 성장하기 위한 Si 기판의 자연 산화막 제거 방법 및 공정조건에 대하여 고찰 하였다. 또한 Si 기판과 성장되는 CdTe 박막의 결정학적 방위 관계를 해석하고 최종적으로는 기판과 CdTe 사이에 버퍼레이어를 사용하여 기판의 방위와 동일한 방위를 가지는 CdTe 단결정 박막을 얻는 공정을 개발 하였다.
수평 반응관의 모식도는 그림 1에 나타 내었다. 반응관은 석영(quartz)으로 제작 되었으며 흑연 서셉터(susceptor) 위에 기판을 위치 시켜 박막 성장을 하였다. RF 코일을 이용하는 유도 가열 방식을 사용하여 서셉터의 온도를 가열 하였으며 380～500℃로 온도를 제어 하였다.
본 실험에서는 수평 반응관식 MOCVD 장비를 이용하여 CdTe 박막을 성장 시켰다. 수평 반응관의 모식도는 그림 1에 나타 내었다.
Cd, Te의 유기 금속 화합물은 dimethylcadmium(DmCd)과 diisopropyltellurium (DiPTe)을 사용 하였다. 사용된 유기 금속 화합물인 DmCd과 DiPTe의 증기압은 상온에서 각각 39.57 mmHg와 4.65 mmHg 이며 하나의 항-온조 에 DmCd 및 DiPTe를 동시에 넣고 각각의 유량을 조절하여 II족 및 VI족의 비율을 1:1 근방이 되도록 하였다. 기판은 (100)방향을 가지는 Si기판을 사용 하였으며 MBE 챔버 내에서 800℃로 온도를 올려 thermal cleaning법으로 기존의 실리콘 자연 산화막(SiOx)을 제거 후, As 또는 GaAs를 각각 증착시켜 SiOx의 표면 증착을 막고 동시에 버퍼 레이어로 사용 하고자 하였다.

대상 데이터

RF 코일을 이용하는 유도 가열 방식을 사용하여 서셉터의 온도를 가열 하였으며 380～500℃로 온도를 제어 하였다. Cd, Te의 유기 금속 화합물은 dimethylcadmium(DmCd)과 diisopropyltellurium (DiPTe)을 사용 하였다. 사용된 유기 금속 화합물인 DmCd과 DiPTe의 증기압은 상온에서 각각 39.
본 실험에서는 단결정 CdTe 박막의 성장 특성을 관찰하기 위해 MOCVD를 증착에 이용 하였고 Si(100)기판과 MBE로 As, GaAs 버퍼 레이어를 증착한 기판을 사용 하였다. As을 버퍼 레이어로 사용한 기판에서는 다결정 성장이 이루어졌으며 버퍼 레이어를 GaAs로 사용한 경우에는 GaAs가 가지는 격자상수 및 결정학적 구조로 인해 CdTe와 Si 간의 격자 부정합을 해소하는 결과를 보였다.

이론/모형

기판은 (100)방향을 가지는 Si기판을 사용 하였으며 MBE 챔버 내에서 800℃로 온도를 올려 thermal cleaning법으로 기존의 실리콘 자연 산화막(SiOx)을 제거 후, As 또는 GaAs를 각각 증착시켜 SiOx의 표면 증착을 막고 동시에 버퍼 레이어로 사용 하고자 하였다. CdTe 박막의 표면 관찰은 광학현미경 (Olympus, BH2-UMA)이 사용 되었으며, 결정성 평가 방법으로는 XRD (BRUKER, D8, 60 kW)가 사용 되었다.

성능/효과

본 실험에서는 단결정 CdTe 박막의 성장 특성을 관찰하기 위해 MOCVD를 증착에 이용 하였고 Si(100)기판과 MBE로 As, GaAs 버퍼 레이어를 증착한 기판을 사용 하였다. As을 버퍼 레이어로 사용한 기판에서는 다결정 성장이 이루어졌으며 버퍼 레이어를 GaAs로 사용한 경우에는 GaAs가 가지는 격자상수 및 결정학적 구조로 인해 CdTe와 Si 간의 격자 부정합을 해소하는 결과를 보였다. 이에 따라 CdTe(400)/Si(100) 에피 박막이 성장 되었으며 MOCVD법으로도 단결정 박막을 성장 시킬 수 있음을 확인 하였다.
이에 따라 CdTe(400)/Si(100) 에피 박막이 성장 되었으며 MOCVD법으로도 단결정 박막을 성장 시킬 수 있음을 확인 하였다. 본 연구결과는 Si 기판에 성장된 단결정 CdTe층을 이용하여 대면적 MCT 웨이퍼의 제조 및 MCT물질이 포함된 SOC 소자 제작에 효과적으로 이용 될 수 있음을 보여주는 결과이다.
As을 버퍼 레이어로 사용한 기판에서는 다결정 성장이 이루어졌으며 버퍼 레이어를 GaAs로 사용한 경우에는 GaAs가 가지는 격자상수 및 결정학적 구조로 인해 CdTe와 Si 간의 격자 부정합을 해소하는 결과를 보였다. 이에 따라 CdTe(400)/Si(100) 에피 박막이 성장 되었으며 MOCVD법으로도 단결정 박막을 성장 시킬 수 있음을 확인 하였다. 본 연구결과는 Si 기판에 성장된 단결정 CdTe층을 이용하여 대면적 MCT 웨이퍼의 제조 및 MCT물질이 포함된 SOC 소자 제작에 효과적으로 이용 될 수 있음을 보여주는 결과이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	CdTe 성장을 위해 Si을 기판으로 사용 할 때 생기는 문제점은 무엇인가?	Si을 CdTe 성장을 위한 기판으로 사용 할 때 나타나는 문제로는 격자 부정합 및 열팽창 계수의 차이를 들 수 있으며 이로 인해 고품질의 CdTe 박막 성장이 매우 어렵게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위한 노력의 일환으로 molecular beam epitaxy(MBE)방법을 이용하는 성장 기술이 보고 되었으며, 이후 많은 연구가 진행되어 HgCdTe/ CdTe/Si 구조의 박막이 개발 되었으나 느린 성장 속도, 고비용 등의 많은 문제점들을 포함하고 있다[6].
	Cadmium telluride란 무엇인가?	Cadmium telluride(CdTe)는 1.54 eV의 에너지 밴드갭을 가지는 직접 천이형 II-IV족 화합물 반도체이다. 따라서 태양전지로 널리 사용되고 있으며 구성원소가 중금속으로 X-ray, γ-ray 검출기로도 응용 되고 있다.
	Cadmium telluride는 어디에 사용되고 있는가?	54 eV의 에너지 밴드갭을 가지는 직접 천이형 II-IV족 화합물 반도체이다. 따라서 태양전지로 널리 사용되고 있으며 구성원소가 중금속으로 X-ray, γ-ray 검출기로도 응용 되고 있다. 또한, 고성능 적외선 검출기 소재인 HgCdTe(MCT)와 격자 상수 차이가 불과 0.3%에 지나지 않아 이의 기판 소재로 널리 사용 되고 있다[1-4]

참고문헌 (9)

Tomas C. Antony, Alan L. Faheubruch,

상세보기
M. Niraula, K. Yasuda, K. Takagi, H.

상세보기
S. Neretina, R. A. Sochinskii, M. weber, K.

상세보기
S. R. Rao, S. S. Shintri, and I. B. Bhat,

상세보기
David J. Smith, S.-C. Y. Tsen, D.

상세보기
R. Ashokan, N. K. Dhar, B. Yang, A. Akhiyat,

상세보기
H. Tatsuoka, H. Kuwabara, Y. Nakanishi,

상세보기
K. Shigenaka, K. Matsushita, L. Sugiura, F.

상세보기
S.-H. Suh, J.-S. Kim, H. J. Kim, and J.-H.

상세보기

저자의 다른 논문 :

LOADING...

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