초록 ▼

1. 열감응 재료 연구
∙ 마이크로 볼로미터의 열감응 재료에는 산화바나듐과 비정질 실리콘이 주로 사용되어 왔다. 이들은 서로 장단점을 가지고 있다. 본 연구에서는 두가지 기술의 장점을 가질 것으로 기대되는 니켈산화막을 마이크로 볼로미터 제작에 이용하고, 적외선 탐지 특성을 조사하여 실용화 가능성을 검증하였다.
∙ GaN 단결정에 대한 마이크로 볼로미터 적용가능도 조사하였다

가. 니켈박막의 열처리를 이용하여 니켈산화막 형성
∙ 니켈의 산화시간에 따른 저항의 변화와 변화되는 두께를 산화전 니켈의 두께로 정규

1. 열감응 재료 연구
∙ 마이크로 볼로미터의 열감응 재료에는 산화바나듐과 비정질 실리콘이 주로 사용되어 왔다. 이들은 서로 장단점을 가지고 있다. 본 연구에서는 두가지 기술의 장점을 가질 것으로 기대되는 니켈산화막을 마이크로 볼로미터 제작에 이용하고, 적외선 탐지 특성을 조사하여 실용화 가능성을 검증하였다.
∙ GaN 단결정에 대한 마이크로 볼로미터 적용가능도 조사하였다

가. 니켈박막의 열처리를 이용하여 니켈산화막 형성
∙ 니켈의 산화시간에 따른 저항의 변화와 변화되는 두께를 산화전 니켈의 두께로 정규화시켜서 니켈산화막의 비저항을 구한다.
∙ 증착직후 니켈의 초기 저항 30Ω(즉, resistivity 3X10^-4Ωcm)은 산화 시간에 따라서 최대 143MΩ(즉, 1.43X10³Ωcm)까지 변호하지만, 볼로미터로 적용 가능한 10MΩ(100Ωcm)부근까지 조절할 수 있었다.
∙ 니켈의 두께가 1이면, 산화 후1.6까지 증가 : 니켈의 molar volumes (V_Ni=6.59cm³/mol) 과 니켈 산화막의 molar volumes(V_NiO=11.2cm³/mol)비는 1.69로 실험치 유사하다. 즉 을 고려하고, 열처리 하는 동안 수평방향으로서의 변화를 무시한다면 기대되는 두께의 변화 비율(tNiO/tNi)은 1.69[22]이다. 이 값은 실험으로 얻어진 두께 비율 1.6과 유사한 값이므로 저항과 두께의 변화로부터 열처리가 진행되는 동안 두께비율이 일정하게 유지되기 때문에 원하는 박막의 두께를 조절하기가 수월하다.
∙ 산화된 니켈 박막의 비저항의 크기는 a-Si을 사용하는 비저항의 범위와 비슷하기 때문에 a-Si과의 비교가 용이하다. 산화된 니켈 박막은 TCR(temperature coefficient of resistance)의 경우 비저항 100~200Ω.cm범위내에서 전체적으로 1%정도 더 크다. 반면에 1/f잡음 특성도 a-Si에 비해 더 크게 나타난다. 이 두 가지 특성을 볼로미터 감지물질의 성능지수 식에 적용하여 볼로미터 감지물질로서의 성능을 평가할 수 있다.
∙ TCR은 선형으로 비례하고 잡음의 경우 루트 값으로 비례하는데 TCR의 증가에 비해 잡음의 증가폭이 더 커지기 때문에 전체적인 성능은 상업적으로 사용되는 a-Si이 3배정도 더 좋게 나온다. 하지만 a-Si 초기 물질 성능에 비해서는 2.3배 정도 더 좋은 결과를 보였는 데 이러한 결과로 보았을 때 최적의 공정조건을 더 개발한다면 니켈 산화막의 발전 가능성은 충분하다고 생각된다

나. 반응성 스퍼터를 이용한 니켈산화막 형성연구
∙ 반응성 스퍼터로 형성된 NiO 박막의 저항률은 다양한 산소분압에 따라 0.3Ω㎝~0.6Ω㎝, 공정파워에 따라서는 0.3Ω㎝~0.4Ω㎝, 공정압력에 따라서는 0.4Ω㎝~15Ω㎝로 측정되었다. 종합적으로 NiO의 TCR의 값은 저항률의 0.3Ω㎝~50.6Ω㎝의 범위에서 –1.4%/℃~3.45%/℃으로 나타났다.
∙ 120nm 두께를 가진 NiO은 낮은 저항률(0.38Ω㎝)과 높은 저항률(33.6Ω㎝, 50.6Ω㎝)로 나타났다. 저항률이 0.38Ω㎝인 샘플은 공정파워가 200 W, 공정압력이 10 mT, 산소의 비율은 5%, 기판의 온도는 상온에서 성장된 것이고, 다른 샘플(저항률:33.6Ω㎝)의 공정조건은 공정파워가 200 W, 공정압력이 20 mT, 산소의 비율은 5%, 기판의 온도는 상온이다. 두 샘플은 음의 TCR값을 가지는 반도체적 특성을 보이고 있다.
∙ 1/f noise에서 parameter k는 낮은 저항률에서 매우 높은 k(8.5×10^-13)값을 나타내고 있다. 다른 한편으로, 높은 저항률의 경우에서의 k는 9.72×10^-12의 값을 보였으며, 이 둘 모두 유사한 큰 값의 noise 특성을 나타내고 있었다.
∙ Figure of merit(FOM)의 값이 4200인 50.6Ω㎝과 19000인 0.38Ω㎝인 것으로 보아 낮은 저항률에서의 니켈 산화막이 볼로미터 성능에 적용가능하다는 것을 예상할 수 있다.