초록 ▼

□ 연구개요
본 연구에서는 표면흡착으로 균일한 고품질의 박막을 증착하는 방법인 원자 층증착(atomic layer deposition, ALD) 공정의 반응 메커니즘을 근본적인 측면에서 밝히고자 하였다. 특히 ALD 공정 및 소재 중 가장 보편적으로 보급되어 있는 Al2O3의 증착에 대하여 반응중인 상태의 (in situ) 분석실험과, 양자화학적 전산모사, 박막증착 공정 및 증착후의 ex situ 분석을 적용하여 ALD 표면화학의 종합적인 해석에 대한 연구방법을 확립하고자 하였다. Al2O3 ALD의 표준 반응인 TMA+H2O

□ 연구개요
본 연구에서는 표면흡착으로 균일한 고품질의 박막을 증착하는 방법인 원자 층증착(atomic layer deposition, ALD) 공정의 반응 메커니즘을 근본적인 측면에서 밝히고자 하였다. 특히 ALD 공정 및 소재 중 가장 보편적으로 보급되어 있는 Al2O3의 증착에 대하여 반응중인 상태의 (in situ) 분석실험과, 양자화학적 전산모사, 박막증착 공정 및 증착후의 ex situ 분석을 적용하여 ALD 표면화학의 종합적인 해석에 대한 연구방법을 확립하고자 하였다. Al2O3 ALD의 표준 반응인 TMA+H2O 를 MoS2 기판에 적용할 경우 전기적 특성의 열화가 나타나나, 본 연구를 통해 각 반응물의 대체물질을 이용함으로서 기판 열화를 최소화하는 Al2O3 ALD 공정을 개발하고자 하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
1) 알코올을 이용한 산화물 ALD를 설계하고 실증하였음. 특히 알코올 산화제에서 탄소가 제거되는 반응이 β-수소의 제거를 거친다는 분자수준 메커니즘을 MeOH, EtOH, iPrOH 계열의 반응성 차이를 통해 규명하였음. 나아가, Al2O3 및 ZnO ALD를 위한 보다 고반응성의 산화제 구조를 설계하였으며, C불순물의 감소를 보임. 알코올 산화제 사용시 물 산화제 대비 Si 기판의 열화가 줄어드는 것을 보임.
2) TMDC 기판상 Al 전구체의 분자-흡착 및 해리에 의한 기판열화 반응 각각에 대하여 연구하였음. 대체로 전구체의 분자량의 크기와 분자흡착시 흡착에너지의 크기 간에 상관관계가 있음이 나타남. 또한 alkyl 리간드와 alkoxy 리간드 중 해리에 의하여 MoS2 기판의 S를 제거하는 반응은 alkyl에서 더욱 중요하게 나타남. 따라서 MoS2 기판상 Al2O3 ALD를 위한 전구체를 선택할 시 분자량과 리간드의 화학적 종류를 고려해야 함을 밝힐 수 있었음.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
본 연구를 통하여 가장 널리 알려진 ALD 증착 가능 물질인 Al2O3의 2D 기판상 적용 가능한 대체 반응물을 찾는 동시에 그 표면화학적 메커니즘을 분자수준에서 규명하여, MoS2 등 2D 기판상 고품질 유전박막 형상을 위한 최적의 ALD 방법 및 구성원리를 찾음으로서 2차원 나노물질을 신개념 전자소자에 도입하는 데 한걸음 다가갈 수 있을 것으로 기대된다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)