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문제 정의
- 이러한 수광 소자를 위해 표면의 텍스쳐링과 투명전극이 요구된다 [3]. 따라서 본 연구에서는 4H-SiC 기반 수광 소자에 응용 가능한 Ga 도핑된 ZnO (GZO)의 퇴적온도와 열 처리에 따른 구조적, 전기적 특성을 연구하였다.
제안 방법
- 355 nm의 파장, 10 Hz의 주파수, 240 μs의 delay time의 레이져를 사용하여 10분 간 GZO 박막을 퇴적하였다. 20 mTorr의 산소 분위기와 600℃ 열처리를 하여 열처리 전 후의 GZO/SiC의 특성을 분석하였다.
- 355 nm의 파장, 10 Hz의 주파수, 240 μs의 delay time의 레이져를 사용하여 10분 간 GZO 박막을 퇴적하였다.
- GZO 박막의 구조적 특성 분석을 위해 XRD(PANalytical Inc.) 2 Ɵ 패턴을 측정하였다. GZO 박막의 전기적 특성은 상온에서 Van der Pauw Hall 방법으로 상온에서 측정을 하였다.
- GZO/SiC의 전기적 특성 분석을 위하여 GZO 박막의 AES 측정을 하였다. 그림 5는 GZO 박막의 퇴적온도와 열처리에 따른 AES 측정 결과를 나타낸다.
- 98 Ωcm)을 가지는 n형 4H-SiC를 사용하여 GZO 박막 내에서 전류가 수평으로 흐르게 유도하였다. GZO의 표면 분석은 AFM (atomic force microscopy, Bruker AXS Inc.)을 이용하였다. GZO/SiC의 장벽전위(barrier height, Φb)를 구하기 위해 식 1을 사용하였다.
- 019 Ωcm) 웨이퍼를 세척 하였다. Ni를 4H-SiC 뒷면에 퇴적하고 RTA (rapid thermal annealing, Newyoung Inc.)를 이용하여 오믹 컨택을 형성하였다. PLD (pulsed laser deposition) 챔버 내에 2% Ga 도핑된 ZnO 세라믹 타겟과 4H-SiC을 장착 후 GZO 박막을 각각 250, 400, 그리고 550℃에서 퇴적하였다.
- )를 이용하여 오믹 컨택을 형성하였다. PLD (pulsed laser deposition) 챔버 내에 2% Ga 도핑된 ZnO 세라믹 타겟과 4H-SiC을 장착 후 GZO 박막을 각각 250, 400, 그리고 550℃에서 퇴적하였다. 355 nm의 파장, 10 Hz의 주파수, 240 μs의 delay time의 레이져를 사용하여 10분 간 GZO 박막을 퇴적하였다.
- 비저항이 높은 에피층 (ρ∼0.98 Ωcm)을 가지는 n형 4H-SiC를 사용하여 GZO 박막 내에서 전류가 수평으로 흐르게 유도하였다.
이론/모형
- GZO 박막의 성분 분석 및 GZO/SiC의 계면 분석을 위해 AES (auger electron spectroscopy, Ulvac-Phi)를 사용하였다.
- ) 2 Ɵ 패턴을 측정하였다. GZO 박막의 전기적 특성은 상온에서 Van der Pauw Hall 방법으로 상온에서 측정을 하였다. 비저항이 높은 에피층 (ρ∼0.
성능/효과
- AES 측정 결과 퇴적온도가 400℃일 때 Ga의 함유량이 높았고 O의 함유량이 낮았다. 산소분위기에서 열처리 후 GZO 박막의 O의 함유량이 증가하였다.
- 또한 GZO/SiC 계면의 반절연층 (semi-insulating layer)의 두께는 퇴적온도가 증가할수록 그리고 산소 분위기에서 열처리 후 증가하였다. 두꺼운 반절연층는 GZO/SiC 계면의 장벽전위를 증가시킨 요인으로 추론된다.
- 또한 산소 분위기에서 열처리 후 GZO 박막 내의 O의 비율은 증가 하였다. 이는 흡착된 산소 이온들에 의한 것으로 해석된다.
- 그림 4는 GZO와 SiC의 장벽전위를 나타낸다. 퇴적 온도가 증가함에 따라 장벽전위은 증가하였고, 산소분위기에서의 열처리 후 장벽전위가 증가하였다. 400℃에서 퇴적이 된 GZO 박막의 비저항이 가장 낮은 퇴적온도에 따른 GZO 박막의 비저항 결과와 상응하지 않는다.
- 그림 5는 GZO 박막의 퇴적온도와 열처리에 따른 AES 측정 결과를 나타낸다. 퇴적온도가 250℃에서 400℃로 증가할 때 GZO 박막내의 Ga의 비율이 증가하였고, O의 비율이 감소하였다. 이는 Zn2+ 자리에 치환된 Ga3+ 이온 양의 증가와 산소공격자점 비율의 증가를 나타낸다.
- 캐리어 농도는 산소공격자점 (oxygen vacancy)와 Zn2+ 자리에 치환된 Ga3+ 이온들에 의하여 결정되어진다 [5]. 퇴적온도가 250℃에서 400℃로 증가할 때 GZO 박막의 캐리어 농도는 증가하였고 퇴적온도가 400℃에서 550℃로 증가할 때 GZO 박막의 캐리어 농도는 감소하였다.
- 이는 Zn2+ 자리에 치환된 Ga3+ 이온 양의 증가와 산소공격자점 비율의 증가를 나타낸다. 퇴적온도가 400℃에서 550℃ 증가할 때 GZO 박막 내의 Ga의 비율은 감소하였고 산소의 비율은 증가하였다. 이는 산소공격자점 비율의 감소를 나타낸다.
- 산소분위기에서 열처리 후 GZO 박막의 O의 함유량이 증가하였다. 퇴적온도가 증가함에 따라 그리고 산소 분위기에서 열처리 후 GZO/SiC 계면의 반절연층의 폭이 증가하였다. 고에너지 밴드갭의 특성으로 인하여 자외선 수광소자로 응용 가능한 있는 SiC의 투명전극으로써 GZO가 응용이 가능하다.
- 산소 분위기에서 열처리 후에는 열처리 전 보다 비저항 값이 낮게 측정되었다. 퇴적온도가 증가함에 따라 그리고 산소분위기에서 열처리 후 GZO/SiC의 장벽전위가 증가하였다.
- 홀 측정 결과 400℃에서 퇴적된 GZO의 높은 캐리어 농도 (4.51×1021 cm-3)와 이동도 (34.4 cm2V-1S-1)에 의한 낮은 비저항 (1.9×10-4 Ωcm)이 관찰되었다.
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