α-MoO₃ 층을 이용한 고온 성장된 기능성 박막의 유연 기판 위 전사 및 에칭을 통한 기판 재사용

국문 초록 (Abstract)

유연 전자소자의 지속적인 발전을 위해서는 기계적 변형 환경에서도 우수한 전기 적·자기적 특성을 유지할 수 있는 고품질 무기 박막의 구현이 필수적이며, 이를 위해 높은 결정성을 갖는 무기 박막의 신뢰성 있는 전사 기술이 요구된다. 기존의 단결정 기판 기반 박막 성장 방식은 탁월한 결정성과 물성을 제공하지만, 높은 비용, 제한된 기판 크기, 그리고 기판 재사용의 어려움으로 인해 대면적 및 실용적 유연 소자 응용 에는 한계를 지닌다. 본 연구에서는 이러한 문제를 극복하기 위해, 대면적 증착이 가능하고 층간 결합력이 약한 반데르발스 구조를 갖는 α-MoO₃를 희생층으로 도입하여, BiFeO₃(BFO) 및 CoFe₂O₄(CFO) 박막의 성장 거동과 계면 확산 특성을 체계적으로 분석하였다. α -MoO₃ 희생층 위에서 성장된 CFO 박막은 우수한 결정성과 명확한 결정방향성을 유 지하였으며, 희생층의 존재가 상부 기능성 산화물 박막의 구조적 품질에 미치는 영향 을 규명하였다. 또한 후열처리 공정을 통해 BFO/CFO 박막의 누설전류 특성을 분석하였으며, 열처리에 의해 전기적 신뢰성이 향상됨을 확인하였다. 이러한 결과는 전사 이후에도 무기 박막 기반 유연 소자의 전기적 안정성을 확보할 수 있음을 시사한다. 한편, α-MoO₃ 희생층의 효과적인 제거와 기판 재활용 가능성을 평가하기 위해 다양 한 용매를 이용한 에칭 특성을 비교 분석하였다. 에탄올 및 아세톤과 같은 유기 용매 에서는 에칭 반응이 제한적인 반면, NaOH 용액과 Di-Water 용매는 α-MoO₃의 선택 적 제거가 가능함을 확인하였다. 특히 초음파(ultrasonic)를 병행한 에칭 공정은 희생층 제거 속도를 향상시키고 잔류물을 최소화하는 데 효과적이었으며, 이를 통해 기판 표 면 손상 없이 반복적인 재사용이 가능함을 실험적으로 입증하였다. 이와 같은 공정을 통해 전사된 BFO/CFO 이종구조 박막은 유연 기판 상에서도 결정 구조 및 자성 특성을 안정적으로 유지하였고, 굽힘 조건 하에서도 자기 이력 특성을 평가하여 기계적 변형에 대한 신뢰성을 확인하였다. 본 연구는 희생층 기반 무기 박막 전사 공정의 유효성을 종합적으로 제시하며, 고품질 무기 기반 유연 전자 및 스핀트로 닉스 소자 구현을 위한 핵심 공정 기술로서의 가능성을 제시한다.

목차 (Table of Contents)

• 그림목차
• 국문초록
• 1. 서론
• 1.1 배경지식 1
• 2. 실험방법
• 2.1 타겟 제작 3
• 2.2 박막 증착 및 성장 조건 4
• 2.3 박막 전사 및 전처리 5
• 2.4 α-MoO₃ 박막 에칭 과정 6
• 2.5 박막 특성 평가 기구 7
• 3. 결과 및 토론
• 3.1α-MoO₃와 BiFeO₃ 박막의 성장 8
• 3.2 CoFe2O₄ 박막의 특성 12
• 3.3 BiFeO₃ / CoFe2O₄ /α-MoO₃ / STO stack 18
• 3.4 박막 전사 20
• 3.5 Au / CoFe2O₄ / BiFeO₃ /α-MoO₃ / STO stack의 TEM 및 EDS 분석 23
• 3.6 전사 후 이종 구조 박막의 특성 26
• 3.7 DI water를 이용한 α-MoO₃ 박막의 에칭 29
• 3.8 α-MoO₃ 박막 에칭 후 TEM 분석 32
• 3.9 단결정 STO 기판의 재사용 34
• 3.10 다양한 용매를 이용한 α-MoO₃ 박막의 에칭 37
• 3.11 울트라소닉을 이용한 α-MoO₃박막의 에칭 39
• 4. 결론 41
• 참고문헌 42
• Abstract 44