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제안 방법
- RF magnetron sputter 시스템으로 ZnO 박막을 증착하기 전에 먼저 결정성과 배향성이 우수한 PLD 방법을 이용하여 박막 두께가 0.5 ㎛인 ZnO seed layer를 제작하였다. 제작된 ZnO seed layer 위에 RF magnetron sputter 시스템을 이용하여 ZnO를 증착하여 총 2.
- ZnO SAW filter의 주파수 응답을 측정하기 위해 이상적인 ZnO 박막의 전파 속도인 2,600 m/s로 가정 하여 중심 주파수가 17.5 ㎒가 되도록 전극들을 IDT finger 형태로 설계하였다. 고가격의 마스크용 필름 대신 저가격의 일반 사진용 리스필름 (LITH FILM(LO), FUJI)을 입혀 마스크를 제작하였으며, lithography 공정을 통하여 SAW filter를 제작하였다.
- ZnO 박막의 결정성 및 배향성을 확인하기 위하여 XRD를 이용하여 2θ-θ 및 ω-scan을 실시하였다.
- 01° 간격으로 조사하였으며, 가속 전압은 40 ㎸와 30 ㎃이었다. ZnO 박막의 표면적 특성을 분석하기 위하여 SEM (S-2400, Hitachi)으로 관찰하였으며, 표면의 미세구조 관찰을 위해 AFM (SPA-400, NITECH)을 사용하였다. SAW filter의 주파수 응답 특성을 분석하기 위하여 Network Analyzer (HP 8753ES, Agilent)를 사용하였다.
- 5 ㎒가 되도록 전극들을 IDT finger 형태로 설계하였다. 고가격의 마스크용 필름 대신 저가격의 일반 사진용 리스필름 (LITH FILM(LO), FUJI)을 입혀 마스크를 제작하였으며, lithography 공정을 통하여 SAW filter를 제작하였다.
- 챔버 내 분위기는 아르곤 10 sccm으로 하고, MFC (mass flow controller)를 이용하여 총 유량은 100 sccm으로 고정시켰으며, RF 출력은 200 W로 하였다. 기판과 타겟의 거리는 95 mm이고, 타겟 표면에 존재할 수 있는 오염 물질을 제거하기 위하여 약 5분 간 예비 sputtering을 실시하였다. ZnO 박막 제작 후 600℃에서 1시간 동안 후열 처리 공정을 통하여 ZnO 분자의 재배열을 유도하였다.
- 박막의 특성을 분석하기 위하여 PLD법으로 제작된 ZnO 박막과 제안된 방법으로 제작된 ZnO 박막의 결정성 및 표면적 특성을 비교하였다. 또한, 제안한 ZnO 박막을 이용하여 SAW filter를 제작하고 특성을 측정하였다.
- 248 nm KrF excimer laser (COMPEX 205, Coherent)로 부터 발진된 빔을 챔버 외부에서 집속하여 챔버 내부의 ZnO 타겟 표면으로 입사되도록 하여 500℃에서 성막시켰다. 박막의 스트레스는 SAW의 형성에 큰 영향을 미치므로 성막 시 챔버 내의 산소 분압을 일정 비율로 유지하면서 성막시켰다. 성막 후 박막의 스트레스를 최소화하기 위하여 산소 분압을 증착 시와 같은 비율로 유지하면서 서서히 냉각시켰다.
- 본 연구에서는 두 방법의 장점을 살리기 위해 PLD 법으로 pure ZnO를 먼저 증착하여 seed layer로 구성하고, RF magnetron sputtering법으로 ZnO를 다시 증착하여 ZnO 박막을 제작하였다. 박막의 특성을 분석하기 위하여 PLD법으로 제작된 ZnO 박막과 제안된 방법으로 제작된 ZnO 박막의 결정성 및 표면적 특성을 비교하였다. 또한, 제안한 ZnO 박막을 이용하여 SAW filter를 제작하고 특성을 측정하였다.
- 본 연구에서는 두 방법의 장점을 살리기 위해 PLD 법으로 pure ZnO를 먼저 증착하여 seed layer로 구성하고, RF magnetron sputtering법으로 ZnO를 다시 증착하여 ZnO 박막을 제작하였다. 박막의 특성을 분석하기 위하여 PLD법으로 제작된 ZnO 박막과 제안된 방법으로 제작된 ZnO 박막의 결정성 및 표면적 특성을 비교하였다.
- 이때 사용한 X선원은 CuKα (1.5405Å)이고, 스텝 폭은 0.01° 간격으로 조사하였으며, 가속 전압은 40 ㎸와 30 ㎃이었다.
- PLD방법으로 제조된 ZnO 박막의 결정성은 우수하나 표면이 균일도가 높지 못하여 고주파의 SAW filter용 박막으로는 적합하지 못하다. 이를 보완하기 위하여 PLD법으로 제작된 ZnO seed layer를 기반으로 하여 RF magnetron sputter로 박막을 성장시켰다. PLD법으로 성막된 seed layer의 결정성을 그대로 유지하면서 RF magnetron sputter로 증착시켜 균일한 표면을 갖는 박막을 얻을 수 있었다.
- ZnO 박막을 증착시킬 기판 표면의 오염은 고른 박막 성장에 영향을 미칠 수 있으므로 기판에 흡착된 유기물이나 무기물 등과 같은 오염물을 제거하여야 한다. 이를 위해 TCE (trichloroethylene)-아세톤-메탄올-증류수 순으로 초음파 세척기를 사용하여 각각 5분 씩 세척하였으며, 질소가스를 이용하여 건조 후 180℃에서 3분 동안 가열하였다. 248 nm KrF excimer laser (COMPEX 205, Coherent)로 부터 발진된 빔을 챔버 외부에서 집속하여 챔버 내부의 ZnO 타겟 표면으로 입사되도록 하여 500℃에서 성막시켰다.
- 5 ㎛인 ZnO seed layer를 제작하였다. 제작된 ZnO seed layer 위에 RF magnetron sputter 시스템을 이용하여 ZnO를 증착하여 총 2.5 ㎛ 두께를 가지는 박막을 제작하였다. ZnO 박막을 증착하기 위하여 초고순도 아르곤이 사용되었고, 초기 진공은 7.
- 제작된 박막의 구조적 특성을 분석하기 위하여 XRD (D/max 2100H, RIKAKU)를 사용하여 그 결정성 및 우선 배향성을 분석하였다. 이때 사용한 X선원은 CuKα (1.
대상 데이터
- 이는 결정성과 배향성 그리고 평탄도를 유지하면서 박막의 두께를 증가시키는 방법으로써 고주파 SAW filter용 박막으로 사용이 가능하다. ZnO 박막을 이용하여 중심 주파수가 18.72㎒이고, 삽입 손실이 28.9 ㏈의 filter 특성을 갖는 SAW filter를 제작하였다. 고주파용 SAW filter에서도 사용이 가능할 것으로 기대된다.
- 순수한 ZnO(Aldrich Ch. Co. 4N)을 사용하여 증착용 세라믹 타겟를 직접 제작하였다. 제작된 세라믹 타겟은 직경 2.
- 4 cm, 질량 9 g이며, 1,200℃에서 4시간 소결하여 제작하였다. 이렇게 제작된 pure ZnO 타겟을 사용하여 PLD법으로 sapphire (0001) 기판 위에 박막을 제작하였다. ZnO 박막을 증착시킬 기판 표면의 오염은 고른 박막 성장에 영향을 미칠 수 있으므로 기판에 흡착된 유기물이나 무기물 등과 같은 오염물을 제거하여야 한다.
- 4N)을 사용하여 증착용 세라믹 타겟를 직접 제작하였다. 제작된 세라믹 타겟은 직경 2.53 cm, 두께 0.4 cm, 질량 9 g이며, 1,200℃에서 4시간 소결하여 제작하였다. 이렇게 제작된 pure ZnO 타겟을 사용하여 PLD법으로 sapphire (0001) 기판 위에 박막을 제작하였다.
데이터처리
- 제작된 SAW filter의 주파수 응답 특성은 HP8753ES Network Analyzer를 사용하여 측정하였다.
이론/모형
- ZnO 박막의 표면적 특성을 분석하기 위하여 SEM (S-2400, Hitachi)으로 관찰하였으며, 표면의 미세구조 관찰을 위해 AFM (SPA-400, NITECH)을 사용하였다. SAW filter의 주파수 응답 특성을 분석하기 위하여 Network Analyzer (HP 8753ES, Agilent)를 사용하였다.
- 1. XRD data of the ZnO thin film grown by the PLD method. (a) XRD data of the ZnO thin film, (b) rocking curve of the ZnO thin film.
- 2. XRD data of the ZnO thin film grown by the PLD+RF magnetron sputtering method. (a) XRD data of the ZnO thin film, (b) rocking curve of the ZnO thin film
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