[논문]스퍼터링법에 의해 증착된 알루미늄 박막의 전기적·구조적 특성에 관한 연구

김도영

doi:10.4313/jkem.2020.33.2.114

스퍼터링법에 의해 증착된 알루미늄 박막의 전기적·구조적 특성에 관한 연구
The Study of Electrical and Structural Performance of Aluminum Thin Film Deposited by Sputtering Method 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.33 no.2, 2020년, pp.114 - 117

김도영 (울산과학대학교 전기전자공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, we performed the deposition of Al thin film using a DC magnetron sputtering method. To evaluate electrical and structural properties, the growth conditions were changed in terms of two functions, namely, sputtering power ranging from 41.6 to 216 W and film growth rate ranging from 5.35 to 26.39 nm/min. The growth rate and the microstructure were characterized by a scanning electron microscopy and X-ray diffraction analysis. The plane of crystalline growth showed that the preferential (111) direction and defects due to the grain boundary increased with DC power. The resistivity of the Al film over 50 nm showed a constant value by horizontal grain growth. Our results can be applicable for the preparation of nano-templates for anodic aluminum oxide.

주제어

표/그림 (6)

그림 Fig. 1. Deposition rate as a function of sputtering power in the same thickness condition.
$Fig. 2. X-ray diffraction results as a function of DC sputtering power from 42 W to 216 W.$ 그림 Fig. 2. X-ray diffraction results as a function of DC sputtering power from 42 W to 216 W.
표 Table 1. The condition of Al deposition as a function of DC sputtering power.
그림 Fig. 3. SEM surface image as a function of sputtering DC power (a) 65 W, (b) 97 W, (c) 133 W, and (d) 216 W.
그림 Fig. 4. SEM surface image as a function of Al thickness (a) 20 nm, (b) 30 nm, (c) 50 nm, (d) 80 nm, (e) 160 nm, (f) 280 nm, (g) 490 nm, and (h) 1,050 nm.
그림 Fig. 5. Al film resistivity as a function of (a) sputter power and (b) Al thickness.

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

한편, 스퍼터링 증발원을 이용하여 알루미늄을 증착하면 낮은 증착률로 인해 반사율과 같은 제반 특성이 현저히 떨어지는 단점이 있다 [4]. 특히 본 논문에서는 알루미늄 박막의 제조를 위하여 스퍼터링 방법을 이용하여 최적의 증착 방법을 소개하고 증착 조건과 박막 특성의 상관성을 조사하였다. 실험 결과로부터 알루미늄 박막의 특성 변화, 그리고 증착 조건이 박막의 특성에 미치는 영향을 소개하였다.

제안 방법

본 실험에서는 Al 박막을 증착시키기 위하여 DC 마그네트론 스퍼터링 장비를 활용하였다. 공급된 전력은41.
본 연구에서 결정립의 성장과정을 확인하기 위하여 sputtering DC power를 100 W로 고정하고 두께를 증가시키면서 표면의 형상을 SEM으로 그림 4와 같이 관찰하였다. 박막의 두께가 20 nm에서는 매우 미세한 결정립이 형성되었으며 두께가 증가함에 따라서 결정립의 크기가 증가하는 것으로 관찰되었다.

대상 데이터

55 A로 각각 입력되었다. 타겟으로 사용된 Al은 3인치, 순도 99.99%의 원형 디스크가 사용되었다. 기판으로는 저가의 soda lime glass가 사용되었다.

이론/모형

그림 5에서는 박막의 DC power와 성장 두께에 따른 비저항을 사분탐침법(4 point probe)을 이용하여 측정하였다. 스퍼터링의 DC power가 증가함에 따라서 비저항은 감소하는 결과는 보였으며 이는 그림 3의 SEM 이미지에서 나타내는 겉과 같이 결정립계의 결함이 감소함에 따라서 비저항도 감소한 것으로 사료된다.

성능/효과

XRD 분석 결과 Al 박막은 스퍼터 전력에 관계없이(111)면 방향으로 우선 방위를 가지고 성장하며 스퍼터 전력 및 두께가 증가함에 따라 결정성이 향상됨을 알 수 있었다. Al 박막은 SEM을 이용한 표면 분석 결과 DC power가 증가함에 따라서 결정립계에 의한 결함이 증가하였으며 두께에 따라서 결정립의 크기가 증가하였다. 전기 비저항은 스퍼터 전력 및 두께가 증가함에 따라 감소하였으나 50 nm 두께 이상의 경우 큰 변화를 나타내지 않았다.
XRD 분석 결과 Al 박막은 스퍼터 전력에 관계없이(111)면 방향으로 우선 방위를 가지고 성장하며 스퍼터 전력 및 두께가 증가함에 따라 결정성이 향상됨을 알 수 있었다. Al 박막은 SEM을 이용한 표면 분석 결과 DC power가 증가함에 따라서 결정립계에 의한 결함이 증가하였으며 두께에 따라서 결정립의 크기가 증가하였다.
본 논문에서는 DC 마그네트론 스퍼터링 법에 의해 증착된 알루미늄 박막의 증착률 및 두께는 스퍼터 전력과 증착시간과 선형적인 관계를 나타내었다.
Al 박막은 SEM을 이용한 표면 분석 결과 DC power가 증가함에 따라서 결정립계에 의한 결함이 증가하였으며 두께에 따라서 결정립의 크기가 증가하였다. 전기 비저항은 스퍼터 전력 및 두께가 증가함에 따라 감소하였으나 50 nm 두께 이상의 경우 큰 변화를 나타내지 않았다.

후속연구

실험 결과로부터 알루미늄 박막의 특성 변화, 그리고 증착 조건이 박막의 특성에 미치는 영향을 소개하였다. 본 논문의 결과로부터 나노템플레이트에 적용되는 알루미늄 양극산화막(AAO) 연구에 응용 [5]이 가능하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	스퍼터링 증발원을 이용하여 알루미늄을 증착 시 단점은?	또한 전자빔으로 증발시킬 경우에는 열전도도가 커서 수냉 도가니를 통해열이 빠져나가기 때문에 효과적인 증발을 위해서는 고전력을 투입해야 하는 어려움이 있다. 한편, 스퍼터링 증발원을 이용하여 알루미늄을 증착하면 낮은 증착률로 인해 반사율과 같은 제반 특성이 현저히 떨어지는 단점이 있다 [4]. 특히 본 논문에서는 알루미늄 박막의 제조를 위하여 스퍼터링 방법을 이용하여 최적의 증착 방법을 소개하고 증착 조건과 박막 특성의 상관성을 조사하였다.
	스퍼터링 전력과 증착률에 따라 무엇이 크게 달라지는가?	진공상태에서 스퍼터링방법을 이용하여 증착된 알미늄 박막은 증착 조건에 따라 전기적⋅구조적 특성이 매우 크게 달라지는 것으로 알려져 있다 [1,2]. 특히, 스퍼터링 전력과 증착률에 따라 비저항과 반사율, 표면색상 등이 크게 달라지며 이에 따라 적절한 증발원 및 증착 방법의 선택이 박막의 특성을 좌우하게 된다. 특히 양극산화 알루미늄을 제작하기 위해서는 알루미늄 은융점이 낮은 반면 증기화되는 온도가 높을 뿐만 아니라 고온에서는 대부분의 내화물 금속과 반응하기 때문에 저항가열 증발원을 이용하여 증발시키기가 매우 까다로운 물질 중의 하나이다 [3].
	결정립의 크기가 490 nm 이상에서는 미세한 결정립계들이 결합되어 큰 결정립계가 형성되며 결정립들도 다른 미세한 결정립들과 결합되어 큰 결정립이 형성된 이유는?	결정립의 크기가 490 nm 이상에서는 미세한 결정립계들이 결합되어 큰 결정립계가 형성되며 결정립들도 다른 미세한 결정립들과 결합되어 큰 결정립이 형성되었다. 이러한 결과는 초기의 박막 성장의 경우 결정립들이 수평성장보다는 수직성장이 주도하는 결정성장이 이루어지며 두께가 증가함에 따라서 수직성장보다는 수평성장이 주도함에 따라서 결정립의 크기가 커지는 것으로 사료된다 [9].

참고문헌 (10)

D. V. Sidelev, A. V. Yuryeva, V. P. Krivobokov, A. S. Shabunin, M. S. Syrtanov, and Z. Koishybayeva, J. Phys. Conf. Ser., 741, 012193 (2016). [DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/741/1/012193]

상세보기
M. M. Singh, G. Vijaya, M. S. Krupashankara, B. K. Sridhara, and T. N. Shridhar, Mater. Today: Proc., 5, 2696 (2018). [DOI: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2018.01.050]

상세보기
J. H. Lee, J. Korea Inst. Inf. Commun. Eng., 14, 923 (2010). [DOI: https://doi.org/10.6109/jkiice.2010.14.4.923]

원문보기 상세보기
Y. Homma and S. Tsunekawa, J. Electrochem. Soc., 132, 1466 (1985). [DOI: https://doi.org/10.1149/1.2114145]

상세보기
S. I. Kwon, K. J. Yang, W. C. Song, J. H. Lee, and D. G. Lim, J. Korean Inst. Electr. Electron. Mater. Eng., 21, 415 (2008). [DOI: https://doi.org/10.4313/JKEM.2008.21.5.415]
Y. Wang, W. Tang, and L. Zhang, J. Mater. Sci. Technol., 31, 175 (2015). [DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmst.2014.11.009]

상세보기
C. Molteni, N. Marzari, M. C. Payne, and V. Heine, Phys. Rev. Lett., 79, 869 (1997). [DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.79.869]

상세보기
K. H. Jang, S. J. Hwang, and Y. C. Joo, Met. Mater. Int., 14, 147 (2008). [DOI: https://doi.org/10.3365/met.mat.2008.04.147]

상세보기
F. M. Mwema, O. P. Oladijo, S. A. Akinlabi, and E. T. Akinlabi, J. Alloys Compd., 747, 306 (2018). [DOI: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.03.006]

상세보기
H. Takatsuji, T. Arai, S. Tsuji, K. Kuroda, and H. Saka, Thin Solid Films, 337, 235 (1999). [DOI: https://doi.org/10.1016/S0040-6090(98)01384-4]

상세보기

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증