[논문]습식 화학적 식각 방법에 의한 시간에 따른 GaAs(100) 단결정 웨이퍼에서의 마이크로 구멍의 제작 및 분석

이하영; 곽민섭; 임경원; 안형수; 이삼녕

doi:10.3740/mrsk.2019.29.3.155

습식 화학적 식각 방법에 의한 시간에 따른 GaAs(100) 단결정 웨이퍼에서의 마이크로 구멍의 제작 및 분석
Fabrication and Time-Dependent Analysis of Micro-Hole in GaAs(100) Single Crystal Wafer Using Wet Chemical Etching Method 원문보기

한국재료학회지 = Korean journal of materials research, v.29 no.3, 2019년, pp.155 - 159

이하영 (한국해양대학교 전자소재공학과) , 곽민섭 (한국해양대학교 전자소재공학과) , 임경원 (한국해양대학교 전자소재공학과) , 안형수 (한국해양대학교 전자소재공학과) , 이삼녕 (한국해양대학교 전자소재공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Surface plasmon resonance is the resonant oscillation of conduction electrons at the interface between negative and positive permittivity material stimulated by incident light. In particular, when light transmits through the metallic microhole structures, it shows an increased intensity of light. Thus, it is used to increase the efficiency of devices such as LEDs, solar cells, and sensors. There are various methods to make micro-hole structures. In this experiment, micro holes are formed using a wet chemical etching method, which is inexpensive and can be mass processed. The shape of the holes depends on crystal facets, temperature, the concentration of the etchant solution, and etching time. We select a GaAs(100) single crystal wafer in this experiment and satisfactory results are obtained under the ratio of etchant solution with $H_2SO_4:H_2O_2:H_2O=1:5:5$. The morphology of micro holes according to the temperature and time is observed using field emission - scanning electron microscopy (FE-SEM). The etching mechanism at the corners and sidewalls is explained through the configuration of atoms.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

따라서 주로 소자 제작에 필요한 에피탁시 구조를 형성하기 위한 용도로만 습식 화학적 식각 방법이 이용되어 왔고 나노 또는 마이크로 구멍의 제작은 집속 이온 빔^15-17)과 반응성 이온 에칭^18-21)의 방법을 이용하여 왔다. 이에 본 실험에서는 GaAs 단결정 웨이퍼에 대해 습식 화학적 식각 방법만을 사용하여 나노 또는 마이크로 구멍 제작에 필요한 조건을 찾아 봄으로써 고가의 장비를 사용하지 않고 미세구멍을 제작하는 방법에 대한 가능성을 제시하고자 하였다.

제안 방법

본 논문에서는 습식 화학적 식각 방법에 의해 H₂SO₄: H₂O₂:H₂O = 1:5:5의 비율로 섞은 혼합 용액을 사용하여 GaAs(100) 단결정 웨이퍼에 마이크로 구멍을 형성하였다. 이를 통해 그동안 에피탁시 공정에 주로 사용되어 오던 화학적 식각 공정 방법을 마이크로 구멍제작에까지 확대하여 적용함으로써 고가의 장비를 사용하는 것보다 상대적으로 좀더 간단하게 마이크로 구멍 공정을 할 수 있었다.

대상 데이터

마이크로 구멍 구조는 2" 크기, 350 μm 두께의 GaAs (100) 단결정 웨이퍼에서 제조되었다. Fig.

이론/모형

마지막으로 유리 기판과 식각된 단결정 웨이퍼를 투명 송진을 녹여 분리하였다(⑨). 마이크로 구멍 구조의 식각 메커니즘은 FE-SEM(field emission-scanning electron microscopy)과 원자 구조 해석을 통해 분석되었다.

성능/효과

구멍은 시간이 갈수록 깊고 넓어졌으며 5시간이 지났을 때 100 μm의 깊이가 식각 되어 구멍이 생성되고 있음을 알 수 있다. 따라서 시간을 조절하면 원하는 깊이의 단결정 웨이퍼에 구멍을 제작할 수 있고 크기도 제어할 수 있다. Fig.
O = 1:5:5의 비율로 섞은 혼합 용액을 사용하여 GaAs(100) 단결정 웨이퍼에 마이크로 구멍을 형성하였다. 이를 통해 그동안 에피탁시 공정에 주로 사용되어 오던 화학적 식각 공정 방법을 마이크로 구멍제작에까지 확대하여 적용함으로써 고가의 장비를 사용하는 것보다 상대적으로 좀더 간단하게 마이크로 구멍 공정을 할 수 있었다. 이 실험에서 얻은 식각 공정의 결과는 더욱 정밀한 에칭 조건이 필요한 에피탁시 제작에 응용되거나 금속 증착을 통한 표명 플라즈몬 형성을 통해 소자의 효율을 증대시키는데 기여하게 될 것이다.

후속연구

이를 통해 그동안 에피탁시 공정에 주로 사용되어 오던 화학적 식각 공정 방법을 마이크로 구멍제작에까지 확대하여 적용함으로써 고가의 장비를 사용하는 것보다 상대적으로 좀더 간단하게 마이크로 구멍 공정을 할 수 있었다. 이 실험에서 얻은 식각 공정의 결과는 더욱 정밀한 에칭 조건이 필요한 에피탁시 제작에 응용되거나 금속 증착을 통한 표명 플라즈몬 형성을 통해 소자의 효율을 증대시키는데 기여하게 될 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	패터닝 기술의 최근 활용 사례에는 어떠한 것들이 있는가?	최근 진행되고 있는 반도체 소자의 나노 사이즈 크기의 제작과 이의 효율 증대를 위해서는 공정 장비의 첨단화, 소자 구조의 집적화, 재료의 고품질화 등 여러가지 개선 요소가 있는데 그 중 패터닝 기술의 개발 또 한 필수적 요소이다.1-6) 지금까지 여러 분야에서 개발 되어 온 패터닝 기술은 최근에는 마이크로 구멍 제작에 응용되어 LED, OLED, 태양전지 및 센서의 효율 증가와 같은 영역에 사용 되고 있을 뿐만 아니라 새로운 물리적 현상에 대한 연구도 보고되고 있다.7-9) 특히 금속 나노 구멍은 표면 플라즈몬 주파수 부근에서 강한 공명을 나타내어 다양한 영역에서의 응용 가능성을 보이고 있다.
	GaAs 단결정 웨이퍼를 습식 화학적 시각 방법을 이용하여 마이크로 구멍을 제작할 시 생기는 제약으로 인한 결과는?	이때 소자의 효율을 올리기 위해서는 단결정 웨이퍼의 패터닝 혹은 플라즈 몬 형성을 위한 나노 또는 마이크로 구멍의 공정이 행하여 지는데 GaAs 단결정 웨이퍼인 경우, 습식 화학적 식각 방법으로 제작된 마이크로 구멍을 제작할 시 크기와 모양에 있어서 많은 제약이 있다. 따라서 주로 소자 제작에 필요한 에피탁시 구조를 형성하기 위한 용도로만 습식 화학적 식각 방법이 이용되어 왔고 나노 또는 마이크로 구멍의 제작은 집속 이온 빔15-17)과 반응성 이온 에칭18-21)의 방법을 이용하여 왔다. 이에 본 실험에서는 GaAs 단결정 웨이퍼에 대해 습식 화학적 식각 방법만을 사용하여 나노 또는 마이크로 구멍 제작에 필요한 조건을 찾아 봄으로써 고가의 장비를 사용하지 않고 미세구멍을 제작하는 방법에 대한 가능성을 제시하고자 하였다.
	금속 나노 구멍의 특징은?	1-6) 지금까지 여러 분야에서 개발 되어 온 패터닝 기술은 최근에는 마이크로 구멍 제작에 응용되어 LED, OLED, 태양전지 및 센서의 효율 증가와 같은 영역에 사용 되고 있을 뿐만 아니라 새로운 물리적 현상에 대한 연구도 보고되고 있다.7-9) 특히 금속 나노 구멍은 표면 플라즈몬 주파수 부근에서 강한 공명을 나타내어 다양한 영역에서의 응용 가능성을 보이고 있다.10-12) 한편, 본 실험에서 관심을 가지는 GaAs 단결정 웨이퍼는 통신위성이나 레이더 시스템 등 고급 장비나 높은 효율의 태양전지,13) 발광 효율이 좋은 광원 장치14)에 광범위하게 활용되고 있다.

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