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제안 방법
- ZnO 박막의 표면 상태가 매끄러운 것은 원자힘 현미경으로 쉽게 확인할 수 있었으나 그 결정성을 확인하기 위해서는 추가적인 측정이 필요했는데, 이를 위해 HRXRD (high resolution X-ray diffraction)를 이용하여 θ-2θ X-선 회절 (X-ray diffraction, XRD)을 측정하였으며 표준 형태의 Cu Kα 방사에너지가 사용되었다.
- 본 연구에서는 펄스 레이저 증착법 (PLD)을 이용하여 성장 온도 및 압력을 변화시키면서 성장된 ZnO 박막의 결정성을 관찰하였다.
- 펄스 레이저 증착법을 이용하여 ZnO 박막을 형성하고 막의 질을 평가하기 위한 방법으로 원자힘 현미경을 이용한 표면의 거칠기 및 HRXRD 회절 패턴 측정을 이용한 박막의 결정성을 관찰하였다. 펄스 레이저 증착법을 이용했을 때 형성된 ZnO 박막은 우수한 결정성을 가지며 산소 분압 10 mTorr, 성장온도 650℃에서 ZnO 단결정의 (0001) 방향으로의 결정성 오차가 가장 작아 최적의 조건을 가지게 됨을 확인하였다.
대상 데이터
- (0001) 방향의 ZnO 박막과 결정성의 오차가 비교적 작은 사파이어 (c-Al2O3)가 성장을 위한 기판으로 사용되었고 [4,6,7], 성장 에너지원으로써 193nm 파장의 엑시머 펄스 레이저가 쓰였다. 레이저 조건은 2.
- 본 실험을 위한 타겟은 순도 99.999% 세라믹 ZnO 타겟으로 타겟과 기판과의 거리는 4.5cm로 고정하였다. PLD 시스템의 도식은 그림 1에서 확인할 수 있는데, 레이저는 여러 개의 반사 렌즈를 통하여 각도를 맞춘 후 광 집속을 위한 초점 (focal) 렌즈를 통하여 집속된 후 챔버 바로 앞 단에 장착된 UV 렌즈를 통해 진공 중의 타겟까지 이르게 된다.
- PLD 시스템의 도식은 그림 1에서 확인할 수 있는데, 레이저는 여러 개의 반사 렌즈를 통하여 각도를 맞춘 후 광 집속을 위한 초점 (focal) 렌즈를 통하여 집속된 후 챔버 바로 앞 단에 장착된 UV 렌즈를 통해 진공 중의 타겟까지 이르게 된다. 사용된 가스 종류는 산소와 아르곤이며 ZnO 박막 성장 시 전체 압력을 일정하게 유지하기 위해 세밀히 조절되었다.
이론/모형
- 일반적으로 펄스 레이저 증착법으로 박막을 형성하는 경우 박막의 두께를 nm 이하의 단위로 세밀하게 조절할 수 있을 뿐 아니라 다른 증착법에 비해 상대적으로 표면이 상당히 매끄러운 막을 형성할 수 있다. 성장된 ZnO 박막의 표면 상태를 확인하기 위해 원자힘 현미경 (atomic force microscopy, AFM)을 사용하였다 [8].
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