DLC(diamond-like carbon)박막을 RF PCVD법으로 증착하여 일반적인 증착특성과 마찰.마모특성사이의 관계를 알아보기 위해, 증착속도, 박막경도, 내무압축응력 및 박막내의 수소량 측정을 통해 일반적인 증착특성을 조사하였다. 그리고 증착된 박막의 C-H 결합구조와 물질특성 분성을 위해 각각 FTIR 및 Raman분광분석을 행하였다. 박막의 마찰계수와 내마모특성은 Pin-on-disk형 마찰시험기를 이용하여 상기의 증착조건과의 상관관계를 조사하였다. DC self-bais, 즉 충돌에너지가 커지면 박막의 증착속도와 경도는 대체로 증가하고, 박막내의 압축응력은 최대값을 가지다가 다시 감소됨을 알 수 있언ㅆ다. 또한 박막내의 수소량은 급격히 감소하다가 포화됨을 알 수 있었다. 얻어진 박막의 마찰계수는 최소 0.08로 분위기가 dry일 때 더 작으며 내마모성은 이온의 충돌에너지와 밀접한 관계를 가지며 모재인 Si-wafer보다 훨씬 큼을 알수 있었다.

현재 전기, 전자, 우주, 자동차, 무기 등의 여러 분야에서 응용되고 있는 TaNx 다층박막저항체의 특성을 개선하기 위하여 magnetron sputtering법으로 TaNx박막을 제조한 후, 온도와 질소분압에 따른 전기저항 및 TCR특성 변화를 조사하였고, 미세조직이 이들 전기적 성질에 미치는 영향을알아보기 위해 상분석과 morphology를 관찰하였다. 그 결과, TaNx을 코팅한 박막의 전기저항은 N2Ar이 0.4 이상에서, 금속전도특성에서 이온전도특성으로 변화하였으며,Cr이 TCR효과를 안정시키는 역할은 하여 TaNx/A I2 O3보다 TaNx/Cr/A i2 O3박막의 TCR특성이 더 안정하게 나타났다. 또한 TaNx/A I2 O3박막과 TaNx/Cr/A i2 O3박막의 경우 모두 N2/Ar이 0-0.4정도에서 TCR효과에 좋은 특성을 나타내었다. X-선회절 실험 결과 N2/Ar비가 1일 경우에 T a2 N.8이 생성되었고, 분압이 증가함에 따라 비정질이 생성되었다. morphology가 N2/Ar이 증가함에 따라 입자의 모양이 불연속아일랜드 형태로 변화하였으며, 이것은 질소분압에 따른 전기저항 변화와 일치하였다.다.

저유전율 층간절연물질인 불소첨가 SiO2박막을 ECR(electron cyclotron resonance) Plasma chemical vapor deposition 법으로 성막하였다. SiOF박막의 증착은 SiF4/O2의 가스유량비를 변수로하여 0.2에서 1.6까지 변화시켜 증착하였고, 이때 마이크로파 전력은 700W, 기판온도는 300˚C에서 행하였다. 증착된 SiOF박막의 흡습특성을 알아보기 위하여 Fourier transformed infrared spectroscopy(FTIR)을 이용하여 분석한 결과, 가스유량비 (SiF4O2)가 0.2 에서 1.6으로 증가하였을 때 Si-Ostretching피크의 위치는 1072cm-1 /에서 1088cm-1 /로 증가하였으며, Si-F2피크는 가스유량비가 1.0이상에서 나타나기 시작하였다. 또한 가스유량비가 0.2에서 0.8까지 변화하여 증착한 시편은 Si-OH 피크가 관찰되지 않았지만 가스유량비가 1.0이상(11.8at.% F함유)의 시편의 경우 Si-OH 피크가 관찰되어 내흡습성이 저하되고 있음을 확인할 수 있었다.

P-type Si(111)기판 위에 3C-SiC박막 성장시 TMS(tetramethylsilane)유량, 반응온도, 반응압력, 가스공급방법등 다양한 성장변수에 따른 박막의 결정성변화를 연구하였다. 증착된 막은 모두 (111)방향성만을 나타내었고, free Si, C의 존재는 관찰할 수 없었다. TMS 유량 0.5 sccm에서, 1100-1200˚C의 반응온도에서 , 반응압력 12-50Torr 조건에서 비록 dislocation과 twin등이 발결되었으나 단결정 3C-SiC 박막을 성장시킬 수 있었으며, 박막의 결정성은 기판에 흡착된 Si-종과 C-종이migration할 수 있는 시간과 에너지에 크게 영향 받음을 확인할 수 있었다. 또한 SiC/Si계면에서 carbonization공정에서 관찰되는 것으로 알려진 void를 관찰할 수 있었으며, 이러한 void의 발생은 기체공급방법을 달리함으로서 제거할 수 있음을 확인할 수 있었다.

파장분산 분광분석기(Wavelength Dispersive Spectroscopy, WDS)는 다른 분석 방법에 비해 분해능이 좋고 측정 시간이 적게 걸리며, 또한 비용면에서 경제적이고 정량값이 실제값과 다르게 측정될 수 있다. 즉, 다성분계 박막에 있엇 X-선 발생 깊이가 작은 원소의 경우 X-선 발생 깊이가 큰 원소에 비해 조성값이 과장되어 측정된다. PZT박막의 경우에도 WDS로 측정한 조성은 박막의 두께에 따른 정확한 보정이 필요하다. 본 연구에서는 WDS를 이용하여 PZT박막의 조성을 측정할 때, 얇은 박막의 경우에도 조성을 정확하게 알아낼 수 있도록 박막의 두께에 따른 조성의 보정법을 제시하였다. 또한, 박막의 두께를 직접 측정하는 과정없이 WDS분석 결과로 얻는 각 원소들의 [ZAF]k 의 합으로부터 박막의 두께를 이론적으로 구하였으며, 이를 실험값과 비교하였다.

졸-겔 dip coating법에 의해 제조한 바륨페라이트 박막의 미세구조와 결정학적인 구조 특성에 관해 조사하였다. 기판에 형성된 바륨페라이트 입자는 침상 형태의 입자들로 구성되어 있었으며, C축은 장축 방향이었고, 막 두께가 증가함에 따라 침상형 입자들은 기판에 평행하게 배향하는 경향을 나타내었다. 박막은 바륨페라이트층, Ba, Fe, SiO2로 구성되어 있는 중간층, 그리고 기판층인 SiO2층으로 구성되어 있었으며, 중간층과 SiO2층간의 계면은 Ba 와 SiO2간의 화합물로 구성되어 있었다. 침상 형태의 입자는 950˚C에서 3시간 열처리하므로써 완전히 소실하였고, 1300˚C에서 3시간 열처리하므로써 c면이 기판에 평행하게 위치하는 완전한 육각판상 형태의 입자로 변화되었다.

고주파 마그네트론 반응성 스퍼터링(rf magnetron reactive sputtering)으로 티타늄산화물 박막을 제조하여 산소비율에 따른 반응성 스퍼터링의 증착기구를 조사하고 산소비율 및 기판온도에 따른 산화물 조성의 변화, 미세조직, 광학적 특성의 변화를 연구하였다. 기존의 진공기상증착법으로 증착만 박막에 비해, 금속타겟을 사용하여 높은 증착속도를 얻을 수 있는 반응성 마그네트론 스퍼터링으로 성막한 티타늄산화물 박막은 치밀도가 우수하여 높은 굴절률(2.06)과 높은 광투과율을 보였다. 상온에서 성막된 티타늄 산화물박막의 경우, 산소비율이 낮은 조건에서는 다결정형의조직을 보였으나 산소비율이 높은 경우에는 비정질조직을 나타냈으며, 기판온도가 300˚C 이상에서는 산소비율에 상관없이 다결정형의 조직을 나타냈다. 하지만 산소비율이 임계값이상에서는 박막의 조성, 증착속도 등이 거의 변하지 않는 안정된 증착조건을 보였다. 30% 이상의 산소비율의 반응성 스퍼터링의 조건에서는 TiO2의 조성의 박막으로 성장하여 약 3.82-3.87 eV의 band gap을 나타냈으며 기판온도의 증가에 따라 비정질 TiO2에서 다결정 TiO2으로 조직의 변화를 보여 광투과도도 약간 증가하는 경향을 나타냈다.

전기화학법 중 음극환원법을 이용하여 0.005M TiCI4수용액으로부터 수화물 형태의 TiO2박막을 제조하였다. TiCI4수용액에 첨가제로 에탄올을 50vol% 첨가하여 균일한 박막을 얻을 수가 있었으며, 전류밀도와 시간에 따라서 박막의 두께와 미세구조가 변화하였다. 성장속도가 큰 조건에서 얻은 박막은 균질성의 감소로 인하여 건조과정이나 열처리 중 다량의 균열이 발생하였다. 일정한 전류밀도ㅇ에서 반응시간의 증가에 따라 박막의 두께가 직선적으로 증가하였으며, 10mA/cm2의 전류밀도에서 3분 동안 반응시켜 약 0.7μm 두께의 우수한 TiO2박막을 얻을수 있었다. 이러한 박막은 800˚C에서 한 시간 열처리 한 결과, rutile 단일상으로 결정화되었다.

Co 단일층과 Co/Ti 이중층으로부터 형성된 코발트 실리사이드를 최종 막의 구조와 에피텍셜 성장 측면에서 조사하였다. Co 단일층은 그 두께와는 관계없이 전체 막이 CoSi2로 변화된 반면에, Co/Ti 이중층 구조에서는 Co와 Ti 막의 두께비가 최종막 구조에 상당한 영향을 주었다. 그리고 CoSi2막의 에피 성장이 Co 단일층에서 보다는 Co/Ti 이중층에서 보다 용이하였다.

박막 형 가스 센서의 막 두께가 가스 감지 특성에 미치는 영향을 단순화된 모델로부터 수식으로 유도하여 해석하였고, 그것을 SnO2와 CuO-SnO2 박막의 h2S 감응 특성에 대한 실험 결과에 적용하였다. 유도된 수식으로부터 박막 가스 센서의 가스 감지 특성은 가스의 박막 안으로의 확산성에 크게 의존하며, 그 가스 확산성은 박막의 두께, 가스의 센서 재료의 반응성, 작동 온도 등에 의해서 결정됨을 알 수 있었다. 또한 이 수식은 CuO-SnO2 박막의 h2S 감응 특성에 대한 실험 결과와 비교적 잘 일치하였고, CuO-SnO2 박막과 SnO2 박막의 서로 판이한 h2S 감응 특성에 대한 설명에 적용되었다. 이로부터, 일반적인 산화물 반도체식 가스 센서의 가스 감지 특성이 가스 확산성에 의해서 어떻게 지배되는가를 구체적으로 제안하였다.

조성 변조된 비정질 Fe80Zr20박막의 자기적 성질과 기계적 성질 변화를 전해적 방법에 의한 수소 취입 시간의 함수로 측정하여, 그 상관 관계를 연구하였다. 박막의 Young's modulus는 진동 cantilever 시료의 공명 주파수를 , 10-4nm의 측정 감도를 지닌 laser heterodyne interferometer를 써서 측정하였다. 농도 2N의 인산 전해액에 침적된 시료에 26.3mA/cm2의 전류를 흘려 이루어진 수소취입에 의해, Fe80Zr20 박막의 포화자화 정도는 8배, Young's modulus는 18배 가량 증가하였다. Fe80Zr20박막의 자기적 성질의 변화가 원자적 scale의 미세 구조 변화에 의한 것이라는 간접적인 증거를 제공하였으며, cantilever 시료의 공명주파수 측정을 통하여 박막재료의 기계적 성질을 연구할 수 있는 새로운 가능성을 제시하였다.

강유전체 재료의 하부전극으로 사용되고 있는 Pt/Ti 박막의 접착력에 대한 열처리 분위기의 영향을 연구하였다. 시편의 접착력은 90˚ 필 테스트 방법을 사용하여 정량적으로 측정하였다. 열처리 후 사용된 분이기에 관계없이 모두 접착력이 감소하였는데 특히 산소분위기에서 열처리 한 시편의 접착력이 매우 크게 감소하였다. AES depth profile과 단면 TEM을 이용하여 계면반응을 관찰한 결과 산소열처리시에는 Ti가 외부에서 확산해 온 산소와 반응하여 rutile TiO2상이 형성됨을 알 수 있었다. 그러므로 산소열처리 후에 일어나는 접착력의 급격한 감소 원인은 열처리시 취약한 TiO2상이 형성되며 이로 인해 Ti 접착층이 고갈되기 때문임을 알 수 있었다.

본 연구에서는 PET(PentaEthoxy Tanatalum:Ta(OC2H5)5) 유기금속 화합물 전구체를 사용하여 차세대 초고집적회로 제조시 고유전체 물질로 유망한 Ta2O5 박막을 열화학증착 방법에 의하여 증착하였다. 본 증착실험을 통하여 여러 가지 운속기체, 기판온도, 반응압력 등의 공정변수가 층덮힘에 미치는 영향을 고찰하였으며 Monte Carlo 전산모사 결과와 기판온도 변화에 따른 층덮힘 패턴의 변화에 대한 실험결과를 비교하여 부착계수를 산출하였다. 운송기체로는 N2, Ar, He을 바꿔가며 실험하였으며 He>N2>Artns으로 층덮힘이 양호한 것으로 나타났다. 이는 운송기체의 종류에 따라 운동량 확산도, 열 확산도, 물질 확산도 등의 이동현상 특성값들이 다르기 때문이라 생각된다. 기판온도의 증가는 운송기체의 종류에 관계없이 층덮힘을 악화시켰으며 도랑내부에서의 Knudsen 확산과 표면반응물의 탈착에 비해 표면반응이 보다 지배적인 역할을 담당함을 알 수 있었다. 또한 질소를 운송기체로 사용한 경우에 부착계수의 겉보기 활성화 에너지는 15.9Kcal/mol로 나타났다. 그리고 3Torr 이하에서 반응압력이 증가하는 반응압력이 증가하는 경우에는 물질 확산도의 감소 효과 때문에 층덮힘이 악화되었다. 본 연구결과 3Torr, 350˚C에서 He 운송기체를 이용한 경우가 가장 우수한 층덮힘을 얻을 수 있는 최적 공정 조건임을 알 수 있었다.

고주파 이동통신의 효용이 증가할수록 고주파 회로에 들어가는 부품들의 소형화가 중요한 과제로 대두되고 있다. 인덕터는 전자회로에 이용되는 주요 부품의 하나이며, 현재 교주파용 소형 인덕터를 박막화하려는 시도가 진행중이다. 본 연구에서 열산화시킨 Si(100)기판위에 성공적으로 박막형 인덕터를 제조하였다. Core 물질로는 ion beam sputtering 법으로 증착한 Ni-Zn 페라이트와 PECVD법으로 증착한 SiO2를 사용하였다. 고온산화분위기의 박막 증착과정을 고려하여 귀금속류인 Au를 전극으로 이용하였으며, life-off법으로 미세회로를 구현하였다. 상하부 전극의 안정적인 연결을 위하여 2차 전극배선 전에 via를 채워넣었다. 제조된 박막 인덕터의 고주파 특성은 network analyzer로 측정한 후 HP사의 Mecrowave Design System으로 분석하였다.

저압 유기금속 화학 증탁법에 의하여 Pt/Ti/SiO2/Si 기판위에 (Ba1-x , Srx)TiO/3박막이 제조 되었다. 제조된 BST 박막의 결정화도는 증착온도가 증가함에 따라 (100)방향으로 우선 성장하였다. 900˚C에서 증착한 BST 박막은 100kHz의 주파수에서 유전상수가 365, 유전손실이 0.052를 나타내었다. 인가전계에 따라 축전용량의 변화가 작은 상유전 특성을 보였으며 0.2MV/cm인가 전계에서 축적 전하 밀도(charge storage density)는 60fC/μm2을, 0.15MV/cm인가 전계 영역에서 누설 전류밀도(leakage current density)는 20nA/cm2을 나타냈다.냈다.

다이아몬드 증착시 기판의 표면처리를 변화시켰을 때 다이아몬드의 핵생성 밀도에 미치는 영향에 대하여 연구하였다. 실험장치는 열 필라멘트 CVD 장치를 사용하였고, 반응가스로 메탄과 수소가스를 사용하였다. 기판의 표면 처리는 탄소 상을 기판에 증착시키는 방법, Soot에 의한 기판 표면처리, 혹연에 의한 기판 표면처리로 크게 3가지로 행하였다. 모든 경우에 핵생성 밀도가 증가하였으나 탄소 상을 증착시킨 경우와 soot에 의한 사전처리의 경우의 핵생성 밀도의 증가가 혹연에 의한 처리보다 더 현저하였다. 또한 탄소강의 증착의 경우 표면에 굴곡이 없는 매우 평탄하고 균일한 다이아몬드 막을 얻을 수 있었다. 사전증착처리 한 기판에 탄소 층을 형성시켰을 때 탄소 층과 기판과의 접착력이 약한 것을 이용하여 다이아몬드 막을 쉽게 분리시켜 free standing 다이아몬드 박막을 얻을 수 있음을 알았다.

Oxidized Si wafer 위에 반응가스로 Si H4과 Ge H4을 사용하여 RTCVD(rapid thermal chemical vapor deposition)법으로 증착온도 450~550˚C에서 다결정 S i1-xG ex 박막을 증착하였다. 증착된 S i1-x, G ex 박막은 증착온도와 Ge H4Si H4입력비 변화에 따른 Ge몰분율 변화와 증착속도에 대해 고찰하였으며, XRD와 AFM(atomic force microscopy)등을 이용하여 결정상과 표면거칠기 등을 조사하였다. 실험결과, 다결정 S i1-xG ex 박막은 32~37 Kcal/mole의 활성화에너지 값을 가졌으며 증착속도는 증착온도와 입력비 중가에 따라 증가하였다. 또한 조성분석으로부터 입력비 감소와 증착온도 증가에 따라 Ge몰분율이 감소함을 알 수 있었다. 증착된 S i1-xG ex 박막은 450, 475˚C에서 임력비가 0.05일때 비정질 형태로 존재하였으며 그 이외의 실험영역에서는 다결정 형태로 존재하였다. 기존의 다결정 Si 중착온도(600˚C이상)와 비교하여 Ge H4을 첨가함으로써 비교적 낮은온도(550˚C이하) 영역에서 다결정 S i1-xG ex 박막을 얻을 수 있었다. 또한 증착층의 표면거칠기를 측정한 결과, 증착온도와 입력비가 증가함에 따라 표면 거칠기( Ri )가 증가함을 알 수 있었다.을 알 수 있었다.

본 논문에서는 전자빔증착법에 의해 제조된 다결정 CdTe 박막의 구조적, 광학적 특성을 연구하였으며 특히 기판온도와 증착후 열처리에 따른 박막의 결정성변화를 관찰하고 그 결과를 고찰하였다. ITO와 유리위에 25~160˚C의 기판온도로 증착된 CdTe 박막의 결정구조는 zinc blende 구조를 보이고<111> 방향으로의 우선 성장방향을 나타내었다. 증착후 열처리를 함에 따라 결정립이 성장하고 정량적 CdTe로 접근하고 상온에서 band gap 이 단결정의 값인 1.5eV에 가까운 에너지로 천이하며 결정성이 향상됨을 관찰할 수 있었다. 이러한 열처리에 의한 결정성 향상은 PL과 XRD를 통하여 분석한 결과 재료내 존재하는 과잉 Te가 열처리시 증발함에 따라 격자내 응력이 감소함과 관련이 있음을 알 수 있었다.

전자빔 증착법을 사용하여 Ti과 Co를 Si(100) 단결정, 다결정 Si 및 SiO2기판에 증착한 후 900˚C에서 20초 급속 열처리하여, Co/Ti 이중박막으로부터의 실리사이드화 반응을 조사하였다. 단결정 시편의 경우 Ti의 두께를 5~6mm로 최소화함으로서 두께가 균일하고 기판과의 계면이 평탄하며 비저항이 낮고 열적 안정성이 높은 CoSi2 에피박막을 형성할 수 있었다. 그러나 다결정 시편에는 두께와 계면이 불균일하고 열적으로도 불안정한 다결정의 CoSi2와 그 위에 두개의 Co-Ti-Si혼합층이 형성되었다. 한편 SiO2 우에 증착된 Co/Ti은 열처리를 하여도 확산하지 않고 그대로 남아 있어서, Co/Ti 이중박막의 SiO2와의 반응성이 미약함을 보여 주었다.