초록 ▼

본 연구에서는 펄스전압을 이용한 전기증착(pulsed electrodeposition) 기술을 이용하여
금속 씨드층 없이 직접 n-Si(111) 기판 위에 Fe를 증착시켰다. 또한 용액/Si 사이의 안정하
고 균일한 계면 반응을 촉진시키기 위하여 비수용액 내에서 전기증착을 수행하였으며 Fe
박막을 성장시키기 위하여 0.1 M FeCl2+methanol 용액을 사용하였다. 증착 전 계면 특성
을 CV 및 MS-plot을 이용하여 분석한 결과 벌크 Fe와 n-Si(111) 기판을 작업전극으로 할
경우, 벌크

본 연구에서는 펄스전압을 이용한 전기증착(pulsed electrodeposition) 기술을 이용하여
금속 씨드층 없이 직접 n-Si(111) 기판 위에 Fe를 증착시켰다. 또한 용액/Si 사이의 안정하
고 균일한 계면 반응을 촉진시키기 위하여 비수용액 내에서 전기증착을 수행하였으며 Fe
박막을 성장시키기 위하여 0.1 M FeCl2+methanol 용액을 사용하였다. 증착 전 계면 특성
을 CV 및 MS-plot을 이용하여 분석한 결과 벌크 Fe와 n-Si(111) 기판을 작업전극으로 할
경우, 벌크 Fe 전극 표면에서는 Fe2+의 산화 환원 반응은 가역적이며, n-Si 기판은 쇼트키
장벽(Schottky barrier)의 형성에 따른 비가역 계면 반응으로 정류특성을 나타냄을 알 수
있었다. Fe 증착 초기 단계에서의 핵형성과 성장 운동학은 과도전류(current transient) 특
성을 이용하여 조사하였다. 과도전류 특성은 1.0 V에서 1.4 V 범위에서 수행하였으며, 전
압의 증가와 더불어 전류밀도도 증가했으며 보다 짧은 시간에 전류밀도는 최대치에 도달하
였다. 이러한 특성들은 이론적인 핵형성 모델(Scharifker-Hills model)과 비교, 분석을 통해
조사하였으며, 그 결과 모든 인가전압 영역에서 Fe 증착은 instantaneous nucleation 모드
에 의해 초기 핵형성이 진행됨을 알 수 있었다. instantaneous nuclation 모드를 이용하여
평가한 Fe 형성 초기단계에서의 확산계수(D)와 형성된 Fe 핵의 밀도(N0)는 각각
∼ 10? 3 cm2 s ? 1 와 ∼ 10? 10 cm? 2 임을 알 수 있었다. instantaneous nucleation 모드에 따
른 핵형성을 확인하기 위하여 SEM을 이용하여 Fe 증착 초기 단계에서의 증착시간에 따른
표면 형태를 조사하였다. 1.3 V의 과전압으로 20초 동안 증착한 시료의 기판 표면은 약
100 nm 크기의 Fe cluster들로 포화되었으며, 증착 시간의 증가와 더불어 Fe cluster들의
크기는 조금 증가하였지만 밀도는 거의 일정함을 관측할 수 있었다. 이 결과는 초기 Fe 증
착과정에서 기판 표면은 형성된 핵들에 의해 모두 점유되어 Fe clusters의 수가 포화된다
는 instantaneous nucleation 모드의 특성과 잘 부합한다고 볼 수 있다. 또한 약 100 nm
두께로 성장시킨 Fe 박막의 결정구조를 XRD를 이용해 조사한 결과 2θ=28.9°에서
Si(111) 면에 대한 피크와 2θ=44.8°에서 α-Fe(110) 면에 대한 피크만이 관측되었으며, α
-Fe(110) 면의 반치폭(FWHM)은 0.3° 임을 알 수 있었다. XRD 결과는 Fe(110) 면과
Si(111) 면 사이의 격자 부정합이 아주 큰데도 불구하고 전기증착을 이용할 경우 정전기적
원동력에 의해 단결정 상의 Fe 박막이 형성될 수 있음을 나타낸다. 그러나 일반적으로 실온
에서 진공 증착에 의해 성장시킨 Fe 박막은 다결정 형태로 성장하게 되며, Fe/Si 계면의 부
정합을 줄여 박막의 에피택셜(epitaxial) 성장을 촉진시키기 위해서는 반드시 buffer layer
를 필요로 하게 된다.
또한 본 연구에서는 전기증착에 의해 나노구조 물질을 형성시키기 위하여 최근 널리 이용
되고 있는 양극산화알루미나(AAO) 형틀(template)을 제작하였으며, AAO 형틀 제작과 관련
된 다양한 조건들을 조사하였다. 양극산화 전 기판을 열처리 하지 않을 경우, 전해연마에
의한 표면처리가 원활히 이뤄지지 않아 양극산화 시 Al의 표면에는 거칠고 불규칙적인 산
화막이 형성됨을 알 수 있었다. 열처리한 Al 기판은 2단계 양극산화 과정을 통해 균일하고
규칙적인 육방구조의 나노세공 AAO 형틀을 제작 할 수 있었다. AAO 형틀을 구성하는 나
노세공 사이의 거리는 양극산화 전압에 비례하고, 세공의 깊이는 ~ 300 nm/min, 세공의 직
경은 1.1 ~ 1.3 nm/min 그리고 세공의 밀도는 ~1010/cm2 임을 알 수 있었다.

Abstract ▼

Single crystalline α-Fe films were grown on the n-Si(111) substrates at RT
without any buffer layer by electrochemical deposition in a non-aqueous solution. It
was found that from current transients analysis, Fe nucleates according to
instantaneous nucleation mechanism at the initial stage

Single crystalline α-Fe films were grown on the n-Si(111) substrates at RT
without any buffer layer by electrochemical deposition in a non-aqueous solution. It
was found that from current transients analysis, Fe nucleates according to
instantaneous nucleation mechanism at the initial stage of deposition. And it could
be observed from SEM images that the nuclei size increases by 2D lateral growth
with the increase of time. In the deposition potential ranges from 1.0 to 1.4 V, the
average diffusion coefficient and the nucleus density were about 7.72×10-3 cm2s-1
and an order of about 1010 cm-2, respectively. From XRD and SEM results it was
confirmed that α-Fe film is crystallized to single phase with matching face
relationship of α-Fe[110]//Si[111] and has an uniform thickness and a flat
interface. As a result, we have confirmed that Fe on n-Si(111) substrate nucleates
according to 3D islands plus 2D lateral growth mode(Stranski-Krastanov growth
mode).
The hexagonally ordered porous anodic aluminum oxide(AAO) membranes were
grown on Al substrates by a two-step anodization process. The first anodization
process for Al substrate annealed at 500℃ has been performed during a long
period of time in 0.3 M oxalic acid at 40V. To prepare the precursor of 2nd
anodization process, the porous alumina layer formed by the 1st anodization was
removed by etching at 60℃ in 6 wt% H3PO4 +1.8 wt% CrO3 solution. The
long-range ordered nanoporous AAO membrane were obtained by the 2nd
anodization process with the same conditions of the 1st anodization. Under the
constant applied voltage, the distance between nanopores is directly proportional to
the applied voltage, pore diameter is proportional to the pore widening time with
the rate of about 1.1~1.3 nm/min. Pore length was proportional to the 2nd
anodizing time with the rate of about 300 nm/min. The pore density of AAO, which
is not related with the second anodization time was about 1010 cm-2

목차 Contents

• Ⅰ. 서론...3
• 1. 연구배경...3
• 2. 연구목표 및 기대효과...5
• 3. 연구내용 및 방법...6
• Ⅱ. 실험...7
• 1. 시료제작...7
• 2. 측정...8
• Ⅲ. 결과 및 고찰...9
• Ⅳ.결론...19