[논문]기상합성법을 이용한 산화갈륨 나노분말의 제조

박정원; 원창민; 권준범; 이혁재

doi:10.6111/jkcgct.2020.30.6.220

기상합성법을 이용한 산화갈륨 나노분말의 제조
Gas phase synthesis of Ga2O3 nanoparticles from gallium metal 원문보기

한국결정성장학회지 = Journal of the Korean crystal growth and crystal technology, v.30 no.6, 2020년, pp.220 - 225

박정원 (퀀타머티리얼즈) , 원창민 (안동대학교 재료공학과) , 권준범 (퀀타머티리얼즈) , 이혁재 (안동대학교 재료공학과)

초록
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반응부, 이송부, 포집부로 이루어진 기상합성장치를 구축하여 Oxide TFT의 대표적인 물질인 IGZO 반도체용 타겟의 기초 소재인 산화갈륨 나노분말을 기상합성법으로 제조하였다. 반응부에서 갈륨 금속을 증발시켜 1150℃ 이상의 온도에서 산화갈륨 나노분말이 만들어지는 것을 확인하였다. 갈륨 금속은 증발 즉시 반응부에서 산화갈륨 나노분말로 합성되었으며, 반응부의 온도가 증가함에 따라 높은 결정도와 큰 입자 크기를 보였다. 또한, 합성된 산화갈륨 나노분말은 구형의 모양을 가지면서 매우 낮은 응집성을 가졌다. 기상합성법으로 얻은 산화갈륨 나노분말을 상용 산화인듐, 산화아연 분말(몰비 = 1 : 1 : 1)과 혼합하여 소결을 시행한 결과, 소결온도 1450℃에서 5.83 g/㎤의 최대밀도를 얻어 같은 조건하에서 상용 산화갈륨 분말을 이용해 만든 IGZO 소결체(5.61 g/㎤)보다 높은 밀도를 얻음을 볼 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Gallium oxide nano-powder, the key starting material for IGZO target, is fabricated by gas phase synthesis using a new apparatus consist of reaction, transportation, and collection parts. As a result of gallium metal evaporation above 1150℃, Ga2O3 nano-powders, are successfully synthesized. The SEM images of the synthesized powders displace the spherical shaped powders without severe agglomeration. X-ray diffraction and PSA analysis show that the higher temperature at the reaction part results in the better crystallinity and larger powder size of the synthesized Ga2O3. To see the applicability to IGZO target, Ga2O3 nano-powders synthesized at 1250℃ are mixed with indium oxide and zinc oxide (In2O3 : Ga2O3 : ZnO = 1 : 1 : 1), and then sintered at 1400~1500℃. The highest sintered density of 5.83 g/㎤ (= 91 % of relative density) is achieved when sintered at 1450℃, showing better sinterability compared to the commercially available Ga2O3 powder, which has 5.61 g/㎤ of sintered density at the same condition.

주제어

표/그림 (8)

그림 Fig. 1. Schematics of a synthesis apparatus.
그림 Fig. 2. a) Ga-O phase diagram [17] and b) DSC result of Ga metal.
그림 Fig. 3. XRD results of Ga₂O₃ powders synthesized at a) different temperatures and b) different locations. Bottom bars indicate β-Ga₂O₃ peaks (JCPDS, No. 41-1103).
그림 Fig. 4. Size distribution of Ga₂O₃ powders synthesized at different temperatures.
그림 Fig. 5. SEM Images of Ga₂O₃ powders synthesized at a) 1100℃, b) 1150℃, c) 1200℃, d) 1250℃, e) 1300℃, and f) commercially available Ga₂O₃ powder.
표 Table 1 PSA results of synthesized Ga₂O₃ powders
표 Table 2 BET results of synthesized Ga₂O₃ powders
그림 Fig. 6. Densities of IGZO compacts sintered at different temperatures.

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