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제안 방법
- Type A는 먼저 4X10-4 Torr에서 Ar gas를 사용하여 세정공정하였고, 3x 10 4 Tori" 압력을 설정 후 Ar gas의 flow rate은 고정시키고, N2 gas의 flow rate을 1에서 10 seem 까지 변환시키면서 증착하였다. Type B는 초기진공(<2x 106 Torr)에서 Ar gas를 사용하지 않고, 오직 N? gas 만을 사용하여 1에서 10 seem 까지 변화시키면서 세정 및 증착 공정을 수행하였다. 또한 Type A, B 모두 세정과 증착 공정 시기판전압과 시간은 각-250V, 4 분과 -50V.
- 따라서 본 연구에서는 수정된 FCVA 장치를 이용하여 질소가 첨가된 DLC 박막을 증착하였고, 질소 첨가량에 따른 구조적(탄소결합 구조, 내부 응력 , 표면 미세 구조), 전기적(비저항, Hall 이동도) 물성을 규명하였다.
- 1에서 고찰한 바와 같이 질소첨가량에 따라 sp3 bonded matrix에 sp2 cluster를 조절함으로써 carbon amorphous network을 제어하여 DLC 박막의 전기적인 특성을 변화시킬 수 있다. 따라서 본 연구에서는 질소 첨가량을 변화시켜 DLC 박막을 증착하여 비저항 변화를 그림4에 정리하였다.
- )을이용하여 Al 전극과 DLC 박막의 ohmic 접촉 특성을 확인 후 비저항 측정을 수행하였다. 또한 열처리에 따라 질소가 첨가된 DLC 박막의 전기적 특성과 활성화 에너지 (activation energy, Ea)의 변화를 대기압 상태에서 300K 부터 500K까지 열처리를 하여, KEITHLEY 238(High Current Source Measurement Unit)과 LabVIEW를 이용하여 측정분석하였다. 마지막으로 DLC 박막의 Hall mobility를 측정하기 위해 그림 1(b) 와 같이 질소가 첨가된 DLC 박막 위에 2mm 직경과 6mm 간격을 갖는 A1 전극을 증착 후 Van der Pauw 방법을 이용하여 Hall 측정을 수행하였다.
- 또한 질소 3 seem이 첨가된 DLC 박막의 Hall 측정을 수행하였다. 먼저 4개의 전극과 DLC 박막의 접촉저항을 측정 후, 인가 전류 0.
- 즉 질소의 첨가량이 중가함에 따라 sp3 결합을 감소시키고, sp2 cluster 크기의 증가를 초래하여 내부 응력이 감소하고, 그림 3(a)와 같이 G-line 폭도 감소하였다. 또한 질소 첨가량에 따른 DLC 박막의 표면 미세 구조의 변화를 AFM 으로 분석하여 표면 거칠기 (surface roughness) RMS 값을 정리하였다. 질소가 첨가되지 않은 DLC 박막의 표면 거칠기의 RMS 값은 0.
- 이는 질소첨가량이 증가함으로써 높은 doping이 이루어져 C network안의 N site 주위에 graphitization이 증가되어, sp3 결합이 sp? 로전이되면서 energy barriei가 감소되혔기 때문으로 사료된다. 또한 질소가 첨가된 DLC 박막의 온도(300K〜 500K)에 따른 전류 전압 특성을 측정 후 Arrhenius plot을 하여 활성화 에너지 (activation energy, Ea) 를산출하였으며, 질소 첨가량에 따른 정량적인 변화를 검토한 바 n-type 성질의 박막이 증착되었음을 확인하였다.
- 특히 이온빔의 수송 효율을 극대화를 위해 소스전자석과 인출전자석의 자극 방향 이 동일한 거울형 자장구조를 채택하였으며, 아크스팟의 안정적 인 식각거동을 위해 음극 주위에 영구자석을 사용하여 cusp형 자장구조를 갖도록 하였고, 소스전자석에 펄스파(1〜3A)를 인가하여 음극 표면 중심에 아크스팟을 제한시켰다. 또한 테이퍼형 음극 하단부에 강자성 체인 자기요크를 사용하여 더 넓고, 균일한 음극식각을 얻도록 제작하였다. 아크 플라즈마발생시 방전 전압 및 전류는 20〜25V, 20A였고, 인출 전자석, 굽힘전자석, 출구전자석에는 각 4A, 3A 및 4A 를 인가하였다.
- 수행하였다. 먼저 4개의 전극과 DLC 박막의 접촉저항을 측정 후, 인가 전류 0.13mA를 산출, 각양 전극에 인가하였다. 먼저 자계를 인가하지 않고, 저항을 측정한 후 4550Gauss<갖는 자석을 이용하여 시료면에 수직하게 자속밀도를 인가 후 자극을 바꿔가면서 저항을 측정한 결과, Hall 이동도는 3.
- 8cm-1이었다. 박막의 표면 미세구조의 변화를 관찰하기 위해 AFM(Park Instrument) 의 Sharpened ML Cantilever를 사용하여 1Hz 속도로 측정하였으며, 이미지 크기는 1X1 ㎛2였다. 또한 질소첨가량에 따른 DLC 박막의 내부 응력의 변화를 관찰하기 위해 Surface Profilometer(DEKTAK 3030)을 이용하여 박막의 두께 및 곡률 반경 (scan length: 5000㎛)을 측정하여 Stoney식에 적용하여 산출하였다.
- 본 논문에서는 수정된 FCVA 장치를 이용하여, 질소첨가량에 따른 DLC 박막의 구조적, 전기적 물성 분석을 수행하였다. 질소 첨가량이 증가함에 따라 질소원자 주위의 graphitization이 활성화되어 박막내의 graphite chain을 형성시켜 sp2 cluster size가 증가됨을 알 수 있었으며, 내부 응력이 질소를 첨가하지 않은 경우 2.
- 본 실험을 위한 FCVA장치는 음극증발부, 아크 플라즈마의 수송 및 거대 입자를 제거하기 위한 필터링 부와 전원 및 기체 공급부 등 크게 3가지로 분류된다. 특히 이온빔의 수송 효율을 극대화를 위해 소스전자석과 인출전자석의 자극 방향 이 동일한 거울형 자장구조를 채택하였으며, 아크스팟의 안정적 인 식각거동을 위해 음극 주위에 영구자석을 사용하여 cusp형 자장구조를 갖도록 하였고, 소스전자석에 펄스파(1〜3A)를 인가하여 음극 표면 중심에 아크스팟을 제한시켰다.
- 먼저 상온에서 질소 첨가량에 따른 비저항의 변화를 측정하기 위해 그림 1(a)와 같이 A1/DLC:N/A1 sandwich 구조로 제작하여 Si 기판과 DLC 박막 사이의 접촉 저항을 제거하였다. 직경 2mm shadow mask를 이용하여 상부 전극을 제작하였으며, HP 4142B(Modular DC Source /Monitor)와 Probe Station(Wentworth Labs.)을이용하여 Al 전극과 DLC 박막의 ohmic 접촉 특성을 확인 후 비저항 측정을 수행하였다. 또한 열처리에 따라 질소가 첨가된 DLC 박막의 전기적 특성과 활성화 에너지 (activation energy, Ea)의 변화를 대기압 상태에서 300K 부터 500K까지 열처리를 하여, KEITHLEY 238(High Current Source Measurement Unit)과 LabVIEW를 이용하여 측정분석하였다.
- 질소 첨가량에 따른 DLC 박막의 물성 규명을 위해 2 가지로 나누어 실험을 하였다. Type A는 먼저 4X10-4 Torr에서 Ar gas를 사용하여 세정공정하였고, 3x 10 4 Tori" 압력을 설정 후 Ar gas의 flow rate은 고정시키고, N2 gas의 flow rate을 1에서 10 seem 까지 변환시키면서 증착하였다.
- 질소가 첨가된 DLC 박막의 구조적 분석 중 탄소 결합 구조 분석은 Triple Raman Spectroscopy (Jobin Yvon T64000X 이용하여 400〜2400cm-1 범위에서 spectrum을 얻고, intensity ratiodo/Io) 및 파장에 따른 G-line 및 D-line의 폭과 peak 위치를 분석하였다. 이때 Raman spectrum 분석에 사용된 광원은 514.
- 및 기체 공급부 등 크게 3가지로 분류된다. 특히 이온빔의 수송 효율을 극대화를 위해 소스전자석과 인출전자석의 자극 방향 이 동일한 거울형 자장구조를 채택하였으며, 아크스팟의 안정적 인 식각거동을 위해 음극 주위에 영구자석을 사용하여 cusp형 자장구조를 갖도록 하였고, 소스전자석에 펄스파(1〜3A)를 인가하여 음극 표면 중심에 아크스팟을 제한시켰다. 또한 테이퍼형 음극 하단부에 강자성 체인 자기요크를 사용하여 더 넓고, 균일한 음극식각을 얻도록 제작하였다.
대상 데이터
- 아크 플라즈마발생시 방전 전압 및 전류는 20〜25V, 20A였고, 인출 전자석, 굽힘전자석, 출구전자석에는 각 4A, 3A 및 4A 를 인가하였다. 시편으로는 (100) P-type Si을 사용하였으며, 전기적 물성 측정 시기판의 영향을 최소화하기 위해 비저항이 큰(1〜30Qcm) Si 기판을 사용하였다.
- 이때 Raman spectrum 분석에 사용된 광원은 514.532nm 파장의 Ar laser이며, 측정시 laser의 조사로 인 한 열처리효과를 피하기 위해 낮은 power (3mW)로 설정하였고, 장비의 분해능은 1.8cm-1이었다. 박막의 표면 미세구조의 변화를 관찰하기 위해 AFM(Park Instrument) 의 Sharpened ML Cantilever를 사용하여 1Hz 속도로 측정하였으며, 이미지 크기는 1X1 ㎛2였다.
이론/모형
- 또한 열처리에 따라 질소가 첨가된 DLC 박막의 전기적 특성과 활성화 에너지 (activation energy, Ea)의 변화를 대기압 상태에서 300K 부터 500K까지 열처리를 하여, KEITHLEY 238(High Current Source Measurement Unit)과 LabVIEW를 이용하여 측정분석하였다. 마지막으로 DLC 박막의 Hall mobility를 측정하기 위해 그림 1(b) 와 같이 질소가 첨가된 DLC 박막 위에 2mm 직경과 6mm 간격을 갖는 A1 전극을 증착 후 Van der Pauw 방법을 이용하여 Hall 측정을 수행하였다. Hall 측정의 정확성을 위해 가능한 시편의 끝 부분에 가까운 표면 위에 전극을 형성하였으며, 측정 시 사용되어진 자석의 자속밀도는 4550Gauss였다’
- 박막의 표면 미세구조의 변화를 관찰하기 위해 AFM(Park Instrument) 의 Sharpened ML Cantilever를 사용하여 1Hz 속도로 측정하였으며, 이미지 크기는 1X1 ㎛2였다. 또한 질소첨가량에 따른 DLC 박막의 내부 응력의 변화를 관찰하기 위해 Surface Profilometer(DEKTAK 3030)을 이용하여 박막의 두께 및 곡률 반경 (scan length: 5000㎛)을 측정하여 Stoney식에 적용하여 산출하였다.
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