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이온선 혼합에 의한 비정질상 및 결정상 형성 예측에 관한 연구
최정동(J.D. Choi),곽준섭(J.S. Kwak),박상욱(S.W. Park),배홍구(H.K. Baik),황정남(C.N. Whang) 한국진공학회(ASCT) 1993 Applied Science and Convergence Technology Vol.2 No.1
두 층으로 이루어진 박막에서 이온선 혼합에 의해 형성되는 결정상 및 비정질상을 예측할 수 있는 새로운 모델을 제시하였다. 기존의 예측 모델과는 달리, 이온선 혼합 공정에서의 확산메카니즘에 영향을 미치는 변수로서 각 원소의 응집에너지와 침입형자리 크기 그리고, 이온반경을 이용하였다. 비정질상 형상 여부를 결정하는 인자로서 ADF(amorphization determinating factor)를 새로 정의하여 다음과 같이 모델식을 세웠다. 즉, ADF=C₁(R_B-r_A)+C₂(E_(coh, max)/E_(coh, min))+α이다. ADF가 양의 값을 갖는 계는 이온선 혼합에 의해 비정질상이 형성되며 ADF가 음의 값을 갖는 계는 비정질상이 형성되지 않는다. 70여 가지의 금속/금속 및 금속/실리콘계에 대한 실험결과로부터 본 모델을 검증하였으며 아직까지 실험결과가 부족한 몇 가지 금속/실리콘계에 대해서 본 모델을 이용하여 비정질상 형성 여부를 예측하였다. A new model is proposed which correctly predicts the occurrence or absence of amorphization by Ion Beam Mixing in metal/metal and metal/Si systems. Our model is based on elemental variables related to cohesive energy, interstitial site size and atomic radii of the elements. These variables are ultimately related to atomic diffusion mechanism. We defined the ADF as the amorphization determinating factor and our model equation is ADF=C₁(R_B-r_A)+C₂(E_(coh, max)/E_(coh, min)+α. The amorphous phase formation occurs in the positive value of ADF by Ion Beam Mixing and it does not occur in the negative value. We verified our model using various experimental results and applied our model to some metal/Si systems which have no experimental results so far.
유효 구동력 개념을 이용한 고상 비정질화 반응의 예측에 관한 연구
곽준섭(J. S. Kwak),지응준(E. J. Chi),최정동(J. D. Choi),박상욱(S. W. Park),소명기(M. K. So),이성만(S. M. Lee),백홍구(H. K. Baik) 한국진공학회(ASCT) 1993 Applied Science and Convergence Technology Vol.2 No.1
이원계 박막확산쌍에서 열처리 방법에 의한 고상 비정질화 반응의 경향성을 예측하기 위하여 유효 구동력 개념을 제시하였다. 고상 비정질화 반응은 두 원소의 물리적 혼합물과 비정질상간의 최대 자유에너지차로 주어지는 열역학적 구동력(ΔG_(max))과 확산원소의 원자반경에 대한 기지의 유효 침입형자리 반경의 비로 주어지는 구조적 요소(R_(m/d))가 충족될 때 일어나는 빠른 확산에 의하여 발생된다고 고찰하고, 유효 구동력 기준을 이용하여 금속/금속계 뿐만아니라 금속/실리콘 계의 고상반응에 의한 비정질상 생성 경향성을 예측하고 실험결과들과 비교하여 잘 적용됨을 보였다. 또한, 유효 구동력 기준이 금속/실리콘 계에서 비정질상의 임계 성장두께 경향성의 예측에도 잘 적용됨을 보였다. It is proposed that formation and growth of amorphous interlayer through solid state amorphizing reaction can be predicted by the concept of effective driving force. The effective driving force consists of two factors; i) the thermodynamic driving force given by maximum free energy difference between physical mixture of binary elements and amorphous interlayer (ΔG_(max)) and ii) the structural factor given by a ratio between effective radius of interstitial site in host matrix and atomic radius of diffusing species (R_(m/d)). It is shown that the the criterion of effective driving force is successfully applied in the prediction of the formation of amorphous interlayer in metal/silicon systems as well as that of metal/metal systems from the comparison of experimental data. In addition, the concept of effective driving force can be well applied to predict the growth tendency of amorphous interlayer in metal/silicon systems.
Co - Si계의 동시증착과 고상반응시 상전이 및 CoSi₂층의 저온정합성장
박상욱(S. W. Park),심재엽(J. Y. Shim),지응준(E. J. Chi),최정동(J. D. Choi),곽준섭(J. S. Kwak),백흥구(H. K. Baik) 한국진공학회(ASCT) 1993 Applied Science and Convergence Technology Vol.2 No.4
동시증착, 비정질 Co-Si 합금박막 및 Co/Si 다층박막의 열처리시 발생되는 상전이를 differential scanning calorimetry(DSC), X-선회절 (XRD) 분석에 의해 관찰하였다. 동시증착 및 비정질 Co-Si 합금박막의 열처리시 관찰된 상전이는 Co₂Si → CoSi → CoSi₂였으며, Co/Si 다층박막의 열처리시 관찰된 상전이는 Co와 Si의 원자조성비가 2 : 1, 1 : 2인 경우, 각각 CoSi → Co₂Si, CoSi → Co₂Si → CoSi → CoSi₂였다. 유효생성열에 의해 상전이를 고찰하였으며, 동시증착 및 합금박막과 다층박막에서의 초상(first crystalline phase) 생성의 차이를 규명하기 위하여 유효생성열과 구조적인자를 고려한 phase determining factor(PDF) 모델을 적용하였다. Multitarget bias cosputter deposition(MBCD)에 의한 CoSi₂층의 정합성장시 투과전자현미경(TEM)에 의해 기판 bias 전압, 증착온도에 따른 결정성 변화를 관찰한 결과 저온(200℃)에서 정합 CoSi₂ 층이 성장되었고, 저온정합성장 원인을 정량적으로 관찰하기 위해 E_(Ar), α(V_s)를 계산하였다. 기판 bias 전압 인가시 발생한 이온충돌에 의한 충돌연쇄혼합(collisional cascade mixing), in-situ cleaning, 핵생성처(nucleation site) 수의 증가로 인해 결정성, 상전이는 증착온도에 비해 기판 bias 전압에 더 큰 영향을 받았다. The phase sequence of codeposited Co-Si alloy and Co/Si multilayer thin film was investigated by differential scanning calorimetry(DSC) and X-ray diffraction (XRD) analysis. The phase sequence in codeposition and codeposited amorphous Co-Si alloy thin film was Co₂Si → CoSi → CoSi₂ and those in Co/Si multilayer thin film were CoSi → Co₂Si and CoSi → Co₂Si → CoSi → CoSi₂ with the atomic concentration ratio of Co to Si layer being 2 : 1 and 1 : 2 respectively. The observed phase sequence was analyzed by the effective heat of formation. The phase determining factor (PDF) considering structural factor in addition to the effective heat of formation was used to explain the difference in the first crystalline phase between codeposition, codeposited amorphous Co-Si alloy thin film and Co/Si multilayer thin film. The crystallinity of Co-silicide deposited by multitarget bias cosputter deposition (MBCD) was investigated as a function of deposition temperature and substrate bias voltage by transmission electron microscopy (TEM) and epitaxial CoSi₂ layer was grown at 200℃. Parameters, E_(Ar) α(V_s), were calculated to quantitatively explain the low temperature epitaxial grpwth of CoSi₂ layer. The phase sequence and crystallinity had a stronger dependence on the substrate bias voltage than on the deposition temperature due to the collisional cascade mixing, in-situ cleaning, and increase in the number of nucleation sites by ion bombardment of growing surface.