초록 ▼

□ 연구개요
본 연구에서는 원자층 증착(Atomic Layer Deposition, ALD)에서의 층덮임(conformality) 특성을 예측할 수 있는 수학적 모델식 개발을 위한 성막 kinetics 연구 및 전산 모사 기반 구축을 위한 실험적 핵심 변수 도출하는 것임. 또한 이를 통하여 3차원 ALD 공정(Atomic Layer Deposition, ALD) 전산 모사용 수학적 모델식의 개발 및 최적화는 것임. 이러한 목표를 달성하기 위하여 모델 ALD 반응 공정에 대한 장치의 설계와 증착조건 최적화가 진행되었고, 얻어진

□ 연구개요
본 연구에서는 원자층 증착(Atomic Layer Deposition, ALD)에서의 층덮임(conformality) 특성을 예측할 수 있는 수학적 모델식 개발을 위한 성막 kinetics 연구 및 전산 모사 기반 구축을 위한 실험적 핵심 변수 도출하는 것임. 또한 이를 통하여 3차원 ALD 공정(Atomic Layer Deposition, ALD) 전산 모사용 수학적 모델식의 개발 및 최적화는 것임. 이러한 목표를 달성하기 위하여 모델 ALD 반응 공정에 대한 장치의 설계와 증착조건 최적화가 진행되었고, 얻어진 실험 결과를 모델식에 기반한 전산 모사 결과와 비교하여, 개발된 모델의 유용성을 확인하는 연구가 진행되었음. 또한 개발된 ALD 공정을 활용하여 이를 나노 구조체 기반의 에너지 저장 소자에 응용하는 연구를 진행하였음

□ 연구 목표대비 연구결과
√원자층 증착(Atomic Layer Deposition, ALD)에서의 층덮임(conformality) 특성을 예측할 수 있는 수학적 모델식 개발을 완료하였으며, 실험을 통하여 성막 kinetics 연구를 수행하였고 전산 모사의 결과와 실험 결과를 비교하여 개발된 전산모사의 유용성을 확인함
√성막 kinetics 연구를 위한 단위 ALD 공정의 최적화를 진행하여, 모델 반응계인 NiO와 TiO ALD 공정의 최적화를 달성함. 개발된 NiO ALD공정의 경우 에너지 저장 소자인 슈퍼커패시터에 응용하는 연구를 진행하여 에너지 저장성능과 운전 안전성이 크게 개선된 결과를 얻음
√고종횡비의 다양한 형태의 나노구조체를 활용하여 공정 변수에 따른 conformality에 대한 연구를 진행하여, ALD 공정 변수에 conformality 연구를 체계적으로 진행함
√ALD 공정 개발을 위한 QCM 시스템 개발은 기술적 난이도가 높아 완료되지 못한 상태이나, 많은 개선을 진행하였고 현재까지 추가적인 연구를 진행하고 있음

□ 연구개발결과의 중요성
4차 산업혁명의 근간 기술인 ICs, 태양전지, supercapacitor, battery, sensor제조에서 기술을 선도하기 위해서는 ALD 활용이 필수적이다. 이는 ALD의 우수한 층덮임 특성 때문이며, 따라서 층덮임 특성을 최적화 하는 것은 매우 중요한 개발 이슈이다. 본 연구는 층덮임 특성 최적화를 효율적으로 얻기 위한 방안으로 수학적 모델식을 개발, 활용하는 것을 제안하고 있다. ALD의 반응계, 공정 압력, 온도, 퍼징 및 펄스 시간, 반응물 dose양, 담체 표면의 특성, 나노구조체의 형태, 종횡비등에 따라 달라지는 층덮임 특성을 예측할 수 있는 수학적 모델식 개발은 ALD 공정 최적화를 위해 필요한 시간과 자본 투자를 최소화시킬 수 있을 뿐 아니라 빠르게 변화하는 기술적 필요에 능동적으로 대응할 수 있도록 할 것이다. 따라서 본 연구 결과는 궁극적으로 ALD 공정을 활용하는 4차 산업 혁명과 관련된 ICs, 태양전지, supercapacitor, battery, sensor 분야의 국내 산업 기술 경쟁력을 높이는데 크게 일조할 것이다.
그리고 독창성을 기반으로 한 우수 논문의 발표를 가능하게 하여 우리나라의 높은 과학적 수준을 대외적으로 공표하게 할뿐 아니라 연구 결과를 지적 재산권화 하여 개발 기술의 원천성을 확보하게 할 것이다. 개발 결과물들은 후속 학문세대들의 교육 자료로 활용할 것이며, 무엇보다도 본 연구 개발을 통하여 4차 산업 혁명과 관련된 능력 있는 연구 인력을 양성할 수 있다는 것도 본 과제의 중요한 기대 효과이다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1-1. 연구의 최종 목표 ... 4
• 1-2. 연차별 연구 목표, 내용 및 범위 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• 2-1. 원자층 증착 시스템 구축과 QCM 센싱 시스템 연구 ... 5
• 2-2. 층덮임 예측을 위한 3차원 ALD 전산 모사 최적화 연구 ... 8
• 2-3. ALD 공정 최적화 및 ALD conformality 특성 응용 연구 ... 14
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 17
• 3-1. 원자층 증착 공정의 응용성 ... 17
• 3-2. 본 연구 결과의 활용성 ... 17
• 4. 참고문헌 ... 18
• 5. 연구성과 ... 19
• 대표적 연구실적 ... 21
• 끝페이지 ... 31