Pt 상부 전극 증착온도가 Pb(Zr,Ti)O3(PZT) 박막의 전기적 특성에 미치는 영향에 대하여 연구하였다. Pt 상부 전극을 200˚C이상의 고온에서 증착하는 경우, Pt 전극의 하부에 위치한 PZT 박막은 강유전 특성이 심하게 저하되었으나, Pt 전극이 증착되지 않았던 부분은 강유전 특성이 저하되지 않았다. 이와 같은 현상이 발생된 것은 진공 chamber 내의 수증기가 Pt 상부전극의 촉매 작용에 의해 수소 원자로 분해되고, 이 분해된 수소 원자가 고온에서 Pt 하부의 PZT 박막 내로 확산해 들어가 PZT박막에 산소 공공을 만들어 내기 때문이다. Pt의 촉매 작용이 없이는 수증기의 수소 원자로의 분해가 어려우므로 Pt 전극이 덮여져 있지 않는 PZT 박막은 강유전 특성이 저하되지 않는다. 이러한 강유전 특성의 저하는 산소 분위기의 RTA(rapid thermal annealing)처리에 의해 회복이 되었다. 한편, 누설전류 특성은 Pt 상부 전극의 증착온도가 증가함에 따라 향상되는 특성을 보였다.

순수한 Rutile에서 점결함의 형태와 전기적 특성을 연구하기 위해 1~10-23atm의 산소분압 범위 및 700~1300˚C의 온도 범위에서 전기전도도를 측정하였다. 전기전도도의 산소분압 의존성(logσ/logPo2)으로부터 산소분압 및 온도 변화에 따라 다음과 같은 지배적인 결함들을 제안한다. 1) TinO2n-1, 2)침입형 Ti 이온 3)2가로 하전된 산소빈자리 4)불순물에 의해 형성된 2가로 하전된 산소빈자리 5) n-p전이 및 p형 전도 또한, 고유범위의 실험결과로부터 계산한 Ti와 Vo의 결함형성 엔탈피는 각각, 10.2eV와 4.92eV였다.

Co/Ti 이중막을 급속열처리하여 형성한 CoSi2에 As+을 이온주입한 후, 500~1000˚C에서 drive-in 열처리하여 매우얇은 n+ p접합의 다이오드를 제작하고 I-V 특성을 측정하였다. 500˚C에서 280초 drive-in 열처리하였을 때, 50nm정도의 매우 얇은접합이 형성되었고, 누설전류가 매우 낮아 가장 우수한 다이오드 특성을 나타내었다. 특히, Co 단일막을 사용한 다이오드에 비해 누설전류는 2order 이상 낮았으며, 이는 CoSi2Si의 계면이 균일하였기 때문이다.

BaTiO3물질은 뛰어난 유전체로 널리 알려져 왔으며 특히 Heywang등이 제안한 PTCR특성은 이 물질의 응용범위를 세라믹 필터, 회로보호소자, 온도감지소자 및 저항가열장치 등으로 확대시켰다. 이러한 특성의 발현기구는 아직까지 밝혀지지 않은 상태이지만 제 특성을 향상시키기 위한 노력은 계속되어왔다. 특히 개발목적에 맞게 온도에 따른 정저항 특성(PTCR; Positive temperature constnat of resistivity phenomena)을 설계하려는 시도가 계속되어 왔으며 그 중에서도 페로브스카아트계의 2가와 4가의 양이온 자리를 등가나 원자가가 다른 양이온으로 치환하여 특성을 개선하려는 시도가 계속되어 왔다. 특히 Ca2+나 Sr2+는 Ba2+자리를 치환할 수 있는 물질로 개별적인 첨가에 대한 연구는 많은 연구자들에 의해 진행된 상태이지만 최종적인 영향이나 해석에 대해서는 연구자들간에 이견이 많은 상태이다. 이번 실험에서는 BaTiO3계에 합성한 (Ca, Sr)TiO3를 Ca와 Sr의 상대적인 비를 변화시키면서 전체적인 첨가량을 변화시켜 그에 따른 전기적 특성 및 미세구조를 살펴보았다. (Ca, Sr)TiO3의 첨가로 상온저항 및 PTCR특성을 변화시킬 수 있었으며 이를 통해 PTCR물질의 활용범위를 넓힐 수 있는 발판을 마련할 계기가 되었다. 특히 기존의 연구가 주로 개별적인 Ca나 Sr의 첨가에 의한 미세구조와 전기적 특성변화의 연구에 치중해 있었던 것과는 달리 Sr과 Ca을 함께 치환하여 상대적인 비가 특성에 더 중요한 영향을 끼치는 것을 확인하였으며 적절한 합성비를 선택하면 퀴리온도에서의 저항변화폭을 유지하면서 상온저항을 낮출 수 있음을 확인하였다.

평판형 고체산화물 연료전지용 연결재료로 사용되는 La0.68Ca0.32Cr0.97O3박막의 소결조건을 변화시키며 곡강도, 상대밀도 및 전기전도도를 측정하였다. 그 결과 La0.68Ca0.32Cr0.97O3의 곡강도는 소결온도와 소결시간이 증가할수록 증가하였고, 상대밀도는 1400˚C, 5시간이상 소결한 시편에서 94%이상을 얻었다. La0.68Ca0.32Cr0.97O3의 저온소결은 Cam(CrO4)n에 의해 이루어졌음이 관찰되었다. 또한 La0.68Ca0.32Cr0.97O3의 전기전도도는 1400˚C, 7시간 소결한 시편의 경우 1000˚C에서 약 100/cm이상을 얻었다.

산소분압과 온도변화에 따라 비양론성 rutile(TiO2-x)의 결함모델을 전기전도 측정법에 의해 연구하였다. 산소분압과 전기전도도의 상관관계에 의하면, rutile에서 주결함은 2가로 하전된 산소빈자리와 4가로 하전된 침입형 티타늄이온이다. 1170˚C이상의 온도에서는 침입형 Tii…이온이 지배적인 결함이었으나, 1170˚C이하의 낮은 산소분압대에서는 2가로 하전된 산소빈자리가 주된 결함이었다. rutile의 전기전도 실험에서 제안된 결함모델은 본 연구팀이 O18추적자 확산실험에 의해 제안하였던 결과치와 일치하였다.

비휘발성 메모리 소자에의 적용을 위한 SrBi2Ta2O9(SBT)박막이 고순도의 Sr, Bi, Ti 금속타겟을 사용하여 Pt/Ti/SiO2/Si 기판 위에 reactive sputtering 법에 의해 증착되었다. 조성의 영향을 평가하기 위하여 Bi 타겟에 인가되는 전원의 변화와 열처리에 따른 C-F(capacitance-frequency), P-E(polarization-electric field), I-V(current-voltage)등의 전기적 특성이 조사되었다. Bi의 양이 증가함에 따라 Bi layer 구조를 나타내는 (105)회절 피크가 증가하였고 700˚C, 산소분위기에서 1시간 동안 열처리후 Sr과 Bi가 심하게 휘발되었으며 박막의 미세구조는 다공질이 되었다. 이러한 이유로 열처리된 박막의 누설 전류 밀도는 증가하였다. 열처리된 시편의 조성은 거의 화학양론비를 이루었으며 4.5μC/cm2의 Pr값을 갖는 강유전(ferroelectric)특성을 나타내었다.

고주파 마그네트론 스퍼터링(RF magnetron sputtering)법을 이용하여 자동차유리 성에 제거용 주석첨가 인듐산화물(indium tin oxide;ITO) 투명저항박막의 증착과 그 전기 및 광학 특성을 연구하였다. 기판온도는 A, T.-300˚C, O2/(Ar+O2)비는 0-0.3로 변화시키며 실험하였다. 기판온도가 높아질수록, 그리고 O2/(Ar+O2)비가 높아질수록 박막의 증착속도는 감소하였다. 또한, 기판온도가 높아질수록 In2O3(400) 방향의 결정성은 감소하고, In2O3(222)와 (400) 피크만이 잔존하였다. 기판온도가 높아질수록 가시광영역의 광투과도는 향상되었고, 면저항은 200˚C까지는 감소하였으나 200˚C이상에서는 거의 일정하였으며, 결정립 크기는 온도가 높아질수록 증가하였다. 박막의 면저항은 O2/(Ar+O2)비가 0.1에서는 감소하고, 그 이상에서는 증가하였으며, 광투과도는 O2/(Ar+O2)비에 거의 영향을 받지 않았다.

화학증착기에 의한 실리콘막의 증착에서 증착기의 기초 진공도는 잔류가스로부터 실리콘 막내로 유입되는 oxygen, carbon과 같은 분순물의 양을 결정하며, 따라서 증착 거동 및 막의 결정성에 영향을 줄 수 있는 공정 변수이다. 본 연구에서는 고진공 화학증착기를 이용하여 기초 진공도는 비정질 실리콘의 증착과 결정화에 미치는 영향을 조사하였다. 높은 기초 진공도는 비정질/결정질 천이 증착온도의 감소를 가져왔다. 또한 비정질 실리콘막의 결정화 속도 및 박막 결정성을 향상시키는 것으로 조사되었다. 이와 같은 기초 진공도의 영향은 증착시 잔류가스에 함유되는 O, C과 같은 불순물의 영향으로 설명될 수 있었다. 기초 진공도에 따른 실리콘 막의 결정성 향상은 다결정 실리콘 박막 트렌지스터의 구동 특성을 향상시키는 것으로 조사되었다. 기초 진공도가 10-3Torr에서 10-5Torr 로 증가함에 따라 전자 이동도는 17cm2/V.s에서 25cm2/V.s로 증가하였으며 누설전류는 감소하였다.

경제적이고 단순성의 공정특성을 갖는 닥터 블레이드법을 이용하여 평판형 고체산화물 연료전지의 고체전해질용 이트리아 안정화 지르코니아 박막을 제조하였다. 슬러리의 최적 제조조건과 그린 필름의 최적 소성조건을 얻었으며, 이 제조 조건에서 제조된 전해질의 결정구조, 미세구조 그리고 전기적 성질을 각각 X-선 회절, 주사전자현미경 그리고 교류 임피던스 분석기를 이용하여 조사하였다. 동량의 8mol% 이트리아를 첨가한 경우, 닥터 블레이드법에 의해 제조된 이트리아 안정화 지르크니아 박막은 금형가압성형법에 의해 제조된 이트리아 안정화 지르코니아 펠렛과 거의 비슷한 전기전도도를 나타내었다. 닥터 블레이드법에 의해 제조된 이트리아 안정화 지르크니아 박막의 경우, 8mol%이트리아를 첨가한 경우의 전도도가 3mol%이트리아를 첨가한 경우 보다 993K 이상과 523K 8mol% 이트리아를 첨가한 경우의 전도도가 3mol%이트리아를 첨가한 경우의 전도도가 3mol%이트리아를 첨가한 경우 보다 993K이상과 523K이하의 온도에서는 더 높고, 523-933K사이의 온도구간에서는 낮게 나타났다. 게다가, 모든 시편에 있어서 전체 전도도에 대한 벌크 전도도의 기여도에 대한 기여도보다 더 크게 나타났다.

태양전지의 앞면전극으로 사용될 SnO2박막을 spray pyrolysis 방법으로 증착하여 증착조건에 따른 박막 특성을 연구하였다. 증착온도가 증가함에 따라 SnO2박막의 우선방위가 (200)면에서 면밀도가 더 높은 (211), (110)면으로 바뀌었고 막의 미세구조도 거칠고 각진 구조에서 평탄한 구조로 변하였다. 또한 더 안정된 결정면 성장과 온도 증가에 의해 CI, F 등의 불순물 흡착이 어려워져 전자 전하농도가 감소하고 비저항 값이 증가하였다. 특히 500˚C 이상에서는 전하농도가 크게 감소하여 비저항이 크게 증가하였다. NH4F/Sn=2.3인 용액으로 400˚C에서 증착된 SnO2박막은 약 90%이상의 광투과도를 갖고 균일한 도핑으로 인해 약 4×10-4Ω .cm의 낮은 비저항 값을 나타내었다. 두께에 따른 판저항과 광투과도의 상반된 효과를 고려한 figure of merit으로부터 투명전극으로써 가장 적절한 두께는 약 500nm이었다.

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.

첨가제로 Al2O3가 포함된 ZnO 소결체가 타깃을 이용하여 RF 마그네트론 스퍼터링법으로 Al이 첨가된 ZnO박막을 증착하고, 타깃에 첨가된 Al2O3</TEX>의 농도와 증착시 스퍼터링장치내의 기판위치에 따른 박막의 물성 변화를 고찰하였다. 타깃의 Al2O3 첨가농도가 2wt%인 경우에 비저항치 8 × 10-3 Ω-cm인 박막이 증차되었다. 또한 Al2O3</TEX>가 2wt%이상 첨가된 경우는 모든 Al이 박막내부에서 Zn를 치환하여 전자주게로의 역할을 하지 못하고, 오히려 치환되지 못한 Al원자의 중성 불순물 산란효과에 의해 박막의 비저항이 증가하였다. 타깃의 마모영역 위에서 증착된 Al을 첨가한 ZnO 박막은 그 영역 KR에서 증착된 박막보다 높은 비저항값을 나타냈으며, 이는 큰 에너지를 가지는 산소입자의 충돌에 기인한 것으로 여겨진다.

Titanium oxide(TiO2) 박막을 금속 알콕사이드 물질인 (Ti(OC3H7)4(titanium isopropoxide)를 이용하여 p-Si(100) 기판위에 상압 화학 기상 증착법으로 증착시켰다. (TiO2) 박막의 증착기구는 단순경 계층 이론으로 잘 설명되었으며, 화학반응 지배 기구 영역에서 겉보기 활성화 에너지는 18.2kcal/mol이었다. 증착된 박막은 250˚C이상에서 anatase상의 결정질 박막이었으며, 고온에서 열처리를 했을 경우에 rutile상으로 전이하였다. 박막의 상전이에는 열처리 온도외에도 열처리 시간과 박막의 두께가 영향을 미쳤다. 정전용량-전압특성을 조사해 본 결과 전형적인 MOS 다이오드구조의 특성을 보였으며, 비유전율 상수는 약 80정도였다. 제조한 (TiO2) 박막의 열처리 공정 후에는 정전용량이 감소하였으며, 첨가물을 사용한 박막은 열처리 전과 같았다. 이때 VFB는 -0.5 ~ 1.5V였다. 전기전도 특성을 알아보기 위하여 전류-전압특성을 조사하였으며 증착된 박막의 전도기구는 hopping mechanism이었다. 전기적 특성을 개선하기 위해서 후열처리 방법과 박막 증착시 Nb, Sr을 첨가하였으며, 모두 누설전류의 감소와 정전파괴전압의 증가를 가져왔다.

본 연구에서는 안정제를 이용하는 반회분식 분산 중합(semi batch dispersion polymerization)공정으로 전도성 고분자인 p-Doped polypyrrole 입자를 제조하였다. 반회분식 분산 중합은 단량체를 monomer starved 조건하에서 연속 주입하여 중합시키는 방법으로써 polyvinylalcohol(PVA)을 안정제로 사용한 경우 평균 50nm, methylcellulose를 안정제로 사용한 경우평균 95nm 정도의 입자 크기를 갖는 dispersion을 제조할 수 있었으며, 이의 입자 크기 및 전도도는 단량체 투입 속도, 개시제 농도와 안정제의 종류, 분자량 및 농도에 따라 변화하였다. 이는 도입 성분중 개시제와 안정제의 역할(친수성 정도, 분자량)에 따라 달라지는 것으로, 이에 따른 물성의 최적점을 찾을 수 있었다.