선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 RF 마그네트론 스퍼터링으로 가스조성 비와 기판의 온도를 변화시키면서 TiO2 박막을 성장하여 박막의 구조와 광학적 특성을 고찰하였다. 박막에는 아나타제 결정성만 관찰되었다.
제안 방법
- X-선 회절분석은 증착된 기판에 X-선을 조사하여 나온 회절 패턴으로 증착된 박막의 결정구조나 결정성을 측정하였으며 스캔 범위는 20°~80° 구간으로 하였다.
- 상향 스퍼터링 시스템으로 RF 전원을 사용하며 타깃 밑에 링 타입의 자석을 설치하여 마그네트론 스퍼터링을 할 수 있도록 하였다. 공정 가스는 MFC를 사용하여 유량을 제어하였고 챔버 내의 압력은 메인 밸브(버터플라이 타입)를 사용하여 조절하였다.
- 공정 변수 중 타깃과 기판과의 거리(6 cm) 및 챔버 내부의 압력(5 mTorr) 그리고 반응 가스의 총 유량(40 SCCM)은 고정시키고, 광학박막의 증착에 있어서 적절하다고 판단되는 RF 전력 하에서 O2/Ar + O2 가스 조성비에 따른 박막의 구조적 변화 및 광학적 특성의 변화를 고찰 하였다.
- 광학박막으로 사용되는 박막은 보통 단층으로 사용되는 경우보다 다층으로 사용되는 경우가 훨씬 더 많다. 따라서 증착율이 너무 낮을 경우 산업적인 이용에 적합하지 않으므로 TiO2 박막에서 적당한 증착율을 가진 RF 인가전력은 250 W로 한정하고 이러한 RF 인가전력에서 증착한 박막들의 특성을 고찰하였다.
- 자외선, 가시광선, 근적외선 영역에서 시료의 광학적 특성을 측정하기 위해 자외가시-적외선 분광광도계(Hitachi사 U-3501)를 이용하여 측정하였다. 박막의 굴절률 및 두께는 분광타원분석기(Rudolph사 S2000)를 이용하여 측정하였다[9].
- 0pt">℃까지 올릴 수 있으며 타깃 홀더와 기판 홀더는 수평을 유지하고 있다. 상향 스퍼터링 시스템으로 RF 전원을 사용하며 타깃 밑에 링 타입의 자석을 설치하여 마그네트론 스퍼터링을 할 수 있도록 하였다. 공정 가스는 MFC를 사용하여 유량을 제어하였고 챔버 내의 압력은 메인 밸브(버터플라이 타입)를 사용하여 조절하였다.
- 챔버 내의 초기진공도는 5 × 10-6 torr 이하 유지하고 난 후 반응가스를 유입시켜 최대한 청정한 환경을 유지하였다. 스퍼터링 조건은 기판과 타깃의 거리, 전체 공정압력과 가스의 총 유입량은 일정하게 고정하고 타깃에 공급되는 RF Power와 반응가스의 유량 및 기판의 온도 변화에 따른 증착박막의 구조적 특성과 광학적 특성을 측정하여 분석하였다. 타깃에 따른 증착 조건은 Table 1과 같다.
- 공정변수에 따른 박막의 표면 거칠기(RMS roughness)는 원자력 간 현미경(AFM: DI사의 MultimodeTM SPM)을 이용하여 관찰하였다. 자외선, 가시광선, 근적외선 영역에서 시료의 광학적 특성을 측정하기 위해 자외가시-적외선 분광광도계(Hitachi사 U-3501)를 이용하여 측정하였다. 박막의 굴절률 및 두께는 분광타원분석기(Rudolph사 S2000)를 이용하여 측정하였다[9].
- XRD 회절의 영향을 미치지 않은 것으로 판단된다. 증착한 박막들을 SEM과 AFM을 이용하여 표면 및 단면 그리고 roughness를 관찰하였다.
- 진공도의 측정은 Prini 게이지와 penning 게이지를 사용하여 측정하였고 모든 공정에서 초기 진공도는 5 × 10−6 torr 이하이고 공정 중의 진공도는 5 × 10−3 torr로 진행하였다.
- 본 연구에서는 박막의 대표적인 증착법인 저항 열 증착이나 전자선 증착방법이 아닌 물리적 증기 증착법인 RF Magnetron Sputtering을 이용하였다. 초기 진공도(Base Pressure), 스퍼터링 가스와 반응가스, 스퍼터링 압력, DC/RF 전력밀도 및 기판온도를 조절하고 기판에 TiO2를 증착하고 증착된 박막의 구조와 광학적 특성을 분석하였다[1-6].
대상 데이터
- 2는 기판의 온도는 조절하지 않고 상온에서 박막의 두께가 500 nm 이상일 때 가스조성비에 따른 XRD 회절패턴을 나타낸 것이다. TiO2 박막은 250 W에서 Si 기판위에 증착한 박막의 회절패턴이며, TiO2 박막은 비정질에 가까운 Anatase 구조로 성장하였다. XRD 회절의 영향을 미치지 않은 것으로 판단된다.
- 박막의 미세구조는 주사전자현미경(Hitachi사의 S-4700)을 사용하였다. 공정변수에 따른 박막의 표면 거칠기(RMS roughness)는 원자력 간 현미경(AFM: DI사의 MultimodeTM SPM)을 이용하여 관찰하였다.
- X-선 회절분석은 증착된 기판에 X-선을 조사하여 나온 회절 패턴으로 증착된 박막의 결정구조나 결정성을 측정하였으며 스캔 범위는 20°~80° 구간으로 하였다. 분석에 이용된 장비는 RIGAKU사의, DMAX/1200모델을 이용하였다.
- 진공도의 측정은 Prini 게이지와 penning 게이지를 사용하여 측정하였고 모든 공정에서 초기 진공도는 5 × 10−6 torr 이하이고 공정 중의 진공도는 5 × 10−3 torr로 진행하였다. 증착물질로는 2 inch의 타깃을 사용하고 기판과 타깃과의 거리는 6 cm로 고정하였다. 기판의 온도는 최대 400 증착물질로는 세라믹 타깃(TiO2 99.9 %)을 사용하였고 구조적 특성을 측정하기 위해 Si (100) 기판과 광학적 특성 분석을 위해 Slide glass 및 Quartz 기판을 사용하였다. Si 기판의 전처리는 TCE와 아세톤, 에틸알코올로 각각 5분간 초음파 세척을 한 후 기판 표면의 SiO2층제거를 위해 50 % 불화수소로 1분간 etching 하였다.
- 본 연구에서 사용한 RF 마그네트론 스퍼터는 4부분으로 이루어져 있다. 진공 챔버 와 진공 펌프, RF 전원 공급 장치와 컨트롤러로 구성되었으며 진공도를 유지하기 위해 고진공 펌프로는 터보 펌프를 사용하고 저 진공 펌프로는 로터리 펌프를 사용하였다. 진공도의 측정은 Prini 게이지와 penning 게이지를 사용하여 측정하였고 모든 공정에서 초기 진공도는 5 × 10−6 torr 이하이고 공정 중의 진공도는 5 × 10−3 torr로 진행하였다.
이론/모형
- 박막의 미세구조는 주사전자현미경(Hitachi사의 S-4700)을 사용하였다. 공정변수에 따른 박막의 표면 거칠기(RMS roughness)는 원자력 간 현미경(AFM: DI사의 MultimodeTM SPM)을 이용하여 관찰하였다. 자외선, 가시광선, 근적외선 영역에서 시료의 광학적 특성을 측정하기 위해 자외가시-적외선 분광광도계(Hitachi사 U-3501)를 이용하여 측정하였다.
- 본 연구에서는 박막의 대표적인 증착법인 저항 열 증착이나 전자선 증착방법이 아닌 물리적 증기 증착법인 RF Magnetron Sputtering을 이용하였다. 초기 진공도(Base Pressure), 스퍼터링 가스와 반응가스, 스퍼터링 압력, DC/RF 전력밀도 및 기판온도를 조절하고 기판에 TiO2를 증착하고 증착된 박막의 구조와 광학적 특성을 분석하였다[1-6].
성능/효과
- 3은 RF 인가 전력은 250 W, 압력은 5 mTorr로 고정하고 가스조성비를 변화시키면서 증착한 박막의 단면 및 표면의 morphology를 SEM과 AFM을 이용하여 측정한 결과이다 O2가 없는 분위기에서 성장한 박막은 표면이 거칠고 성장한 입자들이 큰 반면 O2의 량이 증가되면서 표면의 roughness가 평탄하게 개선되는 것을 알 수 있다. TiO2 박막은 전형적인 기둥구조로 성장하였으며 Ar 100% 분위기에서 성장한 박막보다 O2 첨가된 박막에서 표면의 입자들이 점점 더 작아지는 것을 볼 수 있으며 RMS roughness 또한 감소하는 것을 알 수 있다.
- 약간의 O2 첨가는 성장한 박막의 밀도를 증가 시키지만 첨가량이 증가할수록 박막이 더 porous하게 되어 박막의 밀도가 감소되는 것으로 판단된다. 그러나 일반적인 증기 증착법으로 증착할 경우의 굴절률인 2.25 보다 높은 고 굴절률을 가진 TiO2 박막을 얻을 수 있었다.
- 박막에는 아나타제 결정성만 관찰되었다. 산소농도가 증가함에 따라 박막 내의 기둥구조 결정이 미세하게 되고 표면이 평탄하게 되었으며 굴절률은 감소하였고 빛의 투과율감소가 둔화 하였다. 위와 같은 실험결과를 종합하면 TiO2 박막은 300~400°C의 기판온도와 10 %의 O2 농도에서 박막을 성장시킬 때 광학적 및 구조적으로 우수한 박막이 성장되는 것을 관찰할 수 있었다.
- 산소농도가 증가함에 따라 박막 내의 기둥구조 결정이 미세하게 되고 표면이 평탄하게 되었으며 굴절률은 감소하였고 빛의 투과율감소가 둔화 하였다. 위와 같은 실험결과를 종합하면 TiO2 박막은 300~400°C의 기판온도와 10 %의 O2 농도에서 박막을 성장시킬 때 광학적 및 구조적으로 우수한 박막이 성장되는 것을 관찰할 수 있었다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.