In this study, a process is developed for 3D printing with alumina (Al2O3). First, a photocurable slurry made from nanoparticle Al2O3 powder is mixed with hexanediol diacrylate binder and phenylbis(2,4,6- trimethylbenzoyl) phosphine oxide photoinitiator. The optimum solid content of Al2O3 is determined by measuring the rheological properties of the slurry. Then, green bodies of Al2O3 with different photoinitiator contents and UV exposure times are fabricated with a digital light processing (DLP) 3D printer. The dimensional accuracy of the printed Al2O3 green bodies and the number of defects are evaluated by carefully measuring the samples and imaging them with a scanning electron microscope. The optimum photoinitiator content and exposure time are 0.5 wt% and 0.8 s, respectively. These results show that Al2O3 products of various sizes and shapes can be fabricated by DLP 3D printing.

In this study, the effect of the content of MgO-CaO-Al2O3-SiO2 (MCAS) glass additives on the properties of AlN ceramics is investigated. Dilatometric analysis and isothermal sintering for AlN compacts with MCAS contents varying between 5 and 20 wt% are carried out at temperatures ranging up to 1600℃. The results showed that the shrinkage of the AlN specimens increases with increasing MCAS content, and that full densification can be obtained irrespective of the MCAS content. Moreover, properties of the AlN-MCAS specimens such as microhardness, thermal conductivity, dielectric constant, and dielectric loss are analyzed. Microhardness and thermal conductivity decrease with increasing MCAS content. An acceptable candidate for AlN application is obtained: an AlN-MCAS composite with a thermal conductivity over 70 W/m·K and a dielectric loss tangent (tan δ) below 0.6 × 10−3, with up to 10 wt% MCAS content.

In this study, MgO–CaO–Al2O3–SiO2 (MCAS) nanocomposite glass powder having a mean particle size of 50 nm and a specific surface area of 40 m2/g is used as a sintering additive for AlN ceramics. Densification behaviors and thermal properties of AlN with 5 wt% MCAS nano-glass additive are investigated. Dilatometric analysis and isothermal sintering of AlN-5wt% MCAS compact demonstrates that the shrinkage of the AlN specimen increases significantly above 1,300oC via liquid phase sintering of MCAS additive, and complete densification could be achieved after sintering at 1,600oC, which is a reduction in sintering temperature by 200oC compared to conventional AlN-Y2O3 systems. The MCAS glass phase is satisfactorily distributed between AlN particles after sintering at 1,600oC, existing as an amorphous secondary phase. The AlN specimen attained a thermal conductivity of 82.6 W/m·K at 1,600oC.

MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Dposition) TiN 박막을 다양한 온도와 압력에서 tetrakis-dimethyl-amino-titanium(TDMAT (Ti[N(CH3)2]4))의 자체 열분해와 NH3와의 반응을 사용하여 형성하였다. 비저항은 박막내의 불순물 함량에 의존하였는데 특히 XPS curve fitting 결과 주요 불순물인 탄소와 산소 같은 불순물들이 박막내에서 다양한 침입형화합물을 만들어 박막의 물리적, 전기적 특성에 영향을 준다는 것을 알았다. Metal-organic source만을 사용하여 TiN을 형성할 경우 지름이 0.5μm이고 aspect ratio가 3:1인 구멍에서 step coverage가 매우 우수하였으나 NH3를 흘림에 따라 step coverage가 감소하는 것이 SEM으로 확인되었는데 이는 각각의 활성화에너지와 관련된 것으로 보인다.

(PbZr52,Ti48)O3인 composite ceramic target을 사용하여 R. F. 마그네트론 스퍼터링 방법으로 기판온도 300˚C에서 Pt/Ti/Si 기판위에 PZT 박막을 증착하였다. 페롭스 카이트 PZT박막을 얻기 위하여 PbO분위기에서 로열처리를 행하였다. 하부전극으로 Pt를 사용하였으며 Pt(205Å)/Ti(500 Å)/Si 및 Pt(1000Å)/Ti(500Å)/Si기판을 준비하여 Pt두께화 Ti층이 산소의sink로 작용함으로서 이를 가속화하였다. Ti층의 상부는 산소의 확산으로 인하여 TiOx층으로 변태하였고 하부는 in diffused Pt와 함께 실리사이드층을 형성하였다. TiOx 층의 형성은PZT층의 방향성에 영향을 주었다. 유전상수 (10kHz), 누설전류, 파괴전압, 잔류분극 및 항전계는 각각 571, 32,65μ A /cm2, 0.40MV/cm, 3.3μ C /cm2, 0.15MV/cm이었다.

RF magnetrom sputtering으로 52/48 PZT target을 사용하여 PZT thin film을 증착시킨후, furnace annealing을 실시하여 Si 기판에서는 550˚C에서부터 안정상인 peroskite구조가 형성되었다. Si기판위에서는 후속열처리시 계면에 상당한 산화막층이 형성되었으며 TiN 기판위에서는 후속열처리시 TiN층은 사라지고 TiO2층이 형성되었다. SiO2기판에서는 후속열처리후에도 안정한 PZT film을 형성시킬 수 있었다. As-depo.시에는 PZT film의 조성비가 균일하게 유지되었으나 750˚C후속열 처리시에는 상당량의 Pb가 Si기판으로 diffusion하였으며 Si도 out-diffusion하였다. 전기적 특성은 10KHz에서 C-V를 측정결과 약 1300정도의유전상수 값이 나왔으나 후속열처리시 표면에 crack이 발생하였다.

Single-Si 기판과 poly-Si 기판에 각각 Ti을 sputter한 후 RTA 처리하여 안정한 TiSi2를 형성하였다. 그 위에 Si이 1% 첨가된 Al-1% Si을 600nm sputter한 후 후속 열처리로서 400-600˚C 에서 30분간 N2분위기로 furnace어닐링을 실시하였다. 이렇게 준비된 각 시편에 대하여 면저항 측정, Auger분석, SEM 사진으로 Al-1% Si/TiSi2이중층 구조에서 Ti-silicide의 열적 안정성을 살펴 보았고, EDS 분석과 X-ray 회절 peak 분석을 통하여 Al-1% Si 층과 TiSi2층의 반응으로 생긴 석출물의 성분과 상을 조사하였다. 이로 부터 다음과 같은 결과를 얻었다 Single-Si 기관에서 형성한 TiSi2층은 Al-1% Si 층과 550˚C에서 완전히 반응하여 석출물을 형성하였고, poly-Si 기판에서 형성한 TiSi2층은 Al-1% Si 층과 500˚C에서 완전히 반응하여 석출물을 형성하였는데 전반적으로 기판이 poly-Si인 경우가 반응이 더 잘 일어났고, 석출물의 크기도 비교적 컸다. 이는 poly-Si에 존재하는 grain boundary로 인해 poly-Si에서 형성된 Ti-silicide 층이single-Si 기관에서 형성된 Ti-silicide 층보다 불안정하기 때문으로 생각된다. EDS 분석에 의하여 석출물은 Ti, Al, 그리고 Si로 이루어진 3상 화합물이라고 추정되었고, X-ray회절 분석에 의해 석출물은 Ti, Al, 그리고 Si간의 3상 화합물인 Ti7Al5Si12로 확인되었다.

Composite TiSi2.6 target으로 부터 Ti-silicide를 형성시 단결정 Si기판과 다결정 Si내의 dopant의 확산 거동, 그리고 Ti-silicide 박막의 표면 거칠기를 secondary ion mass spectrometry (SIMS), 4-point probe, X-선 회절 분석, 표면 거칠기 측정을 통해 조사하였다. X-선 회절 분석결과 중착된 직후의 중착막은 비정질이었고, 단결정 Si기판에 증착된 막은 800˚C에서 20초간 급속 열처리 시 orthorhombic TiSi2(C54 구조)로 결정화가 이루어졌다. 단결정 Si 기판과 다결정 Si에서 Ti-silicide 충으로의 dopant의내부 확산은 거의 발생하지 않았으며, 주입된 불순물들은 Ti-silicide/Si 계면 근처의 단결정 Si이나 다결정 Si 내부에 존재하고 있었다. 또한 형성된 Ti-silicide 박막의 표면 거칠기는 16-22nm이었다.

Ti-Silicides를 single-Si wafer와 그 위에 oxide를 성장시킨 기판위에 composite target(TiSi2.6)을 sputtering함으로써 증착시켰다. 증착된 비정질 상태의 Ti-silicide는 급속 열처리(RTA)방법으로 600˚C에서 850˚C가지 20초간 처리하였다. RTA온도가 800˚C가 되어서야 비로소 안정한 TiSi2가 형성되었으며, 그 때의 비저항 값은 27~29μΩ-cm로 Ti-metal reactive방법에 의한 TiSi2보다 약간 높은 값으로 드러났다. X-ray로 상천이를 조사한 결과 역시 750˚C가지 C49 TiSi2가 형성되고, 800˚C가 되어서야 안정한 C54 TiSi2로의 상천이가 일어남을 나타내고 있다. 또한 완전히 형성된 Ti-silicide의 조성비는 x-ray photoelectron spectroscopy(XPS)결과에서 Ti : Si이 1 : 2로 드러났으며, 그 동안 reactive 시켰을 때 TiSi2의 단점으로 지적되어 왔던 형성 완료된 TiSi2의 surface roughness는 17±1mm이내로 매우 우수한 값으로 판명되어, device에 대한 응용 가능성을 높이고 있다.

Ta-silicide의 게이트 전극 및 비트라인(bit line)으로의 사용가능성을 알아보기 위하여 As, P, BF2가 5×1015cm-2의 농도로 이온주입된 다결정 실리콘에 탄탈륨을 스퍼터링으로 증착한 후 급속 열처리로 Ta-silicide를 형성하였다. 형성된 Ta-silicide의 특성은 4-탐침법, X-rayghlwjf, SEM 단면사진과 α-step으로 조사하였으며, 불순물들의 거동은 Secondary Ion Mass Spectroscopy(SIMS)로 알아보았다. TaSi2의 형성은 800˚C에서 시작하며 1000˚C 이상에서 완료됨을 알았다. 형성된 TaSi2층으로 out-diffusion 하였다.

불순물이 주입된 실리콘 기판에 500 두께의 탄탈륨 박막을 증착한 후 실리사이드를 형성시키기 위해 아르곤 분위기에서 급속열처리(RTA)률 하였다. 형성된 TaSi2와 불순물의 거동은 XRD, SEM, 4-point probe, HP4145와 SIMS로 조사하였다. 불순물의 종류에 관계없이 TaSi2는 RTA 온도가 800˚C일때 형성되기 시작하였으며 1000˚C이상에서 증착된 Ta가 전부 TaSi2로 상 전이가 일어났다. 또한 TaSi2/P+영역에 대한 접촉저항간은 contact size가 0.9×0.9(μm2)일때 22Ω 낮은값을 가졌으며 이온 주입된 불순물은 RTA처리시 형성된 TaSi2층으로 out-diffusion이 일어났다.