열처리 온도에 따른 Si / Co / GaAs계의 계면반응 및 상평형에 관한 연구

곽준섭(J. S. Kwak),김화년(H. N. Kim),백홍구(H. K. Baik),신동원(D. W. Shin),박찬경(C. G. Park),김창수(C. S. Kim),노삼규(S. K. Noh) 한국진공학회(ASCT) 1995 Applied Science and Convergence Technology Vol.4 No.1

(001)방향 GaAs기판과 Si/Co 박막의 계면반응 및 상평형에 관한 연구를 300~700℃ 열처리 구간에서 행하였다. 반응에 의한 상전이 과정은 glancing angle X-ray diffraction(GXRD), Auger electron spectroscopy(AES) 및 cross-sectional transmission electron microscopy(XTEM)을 이용하여 분석하였다. Si/Co/GaAs계의 계면반응에서 Co는 380℃에서 GaAs 기판 및 Si와 반응하여 Co₂GaAs과 Co₂Si상을 형성하였다. 420℃에서 열처리 후, Co층은 모두 소모되었으며 단면구조는 Si/CoSi/CoGa(CoAs)/Co₂GaAs/GaAs으로 전이되었다. 460℃까지 온도를 올려 계속적인 반응을 일으키면 CoGa와 CoAs이 분해되면서 CoSi가 성장하였고, 600℃에서는 Co₂GaAs마저 분해되고 CoSi상이 성장하여 GaAs와 계면을 형성하였다. CoSi와 GaAs사이의 계면은 700℃의 고온까지 안정하였으며 이러한 계면반응 결과는 계산에 의하여 구한 Si-Co-Ga-As 4원계 상태도로부터 이해될 수 있었다. Interfacial reactions of Si/Co films on(001) oriented GaAs substrate, in the temperature range 300~700℃ for 30 min, have been investigated using glancing angle X-ray Diffraction(GXRD), Auger electron spectroscopy(AES), and cross-sectional transmission electron microscopy(XTEM). Cobalt starts to react with GaAs and Si at 380℃ by formation of Co₂GaAs, and Co₂Si phases, respectively. At 420℃, the entire layer of Co is consumed, and the layer structure is observed with the sequence Si/CoSi/CoGa(CoAs)/Co₂GaAs/GaAs. In the subsequent reaction, CoSi grows at the expense of the decompositions of CoGa and CoAs at 460℃. In addition, ternary phase is also decomposed and only CoSi phase is remained upon GaAs surface at 600℃. The interface between CoSi and GaAs is stable up to 700℃. The results of interfacial reactions can be understood from the calculated Si-Co-Ga-As quaternary phase diagram.

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.

1×1 ㎟ 대면적 녹색 LED의 전기 광학적 특성 분석

장이운(L. W. Jang),조동섭(D. S. Jo),전주원(J. W. Jeon),안태영(Tae-Young Ahn),박민주(M. J. Park),안병준(B. J. Ahn),송정훈(J. H. Song),곽준섭(J. S. Kwak),김진수(Jin-Soo Kim),이인환(I. -H. Lee),안행근(H. K. Ahn) 한국진공학회(ASCT) 2011 Applied Science and Convergence Technology Vol.20 No.4

본 논문은 InGaN/GaN 다중양자우물 구조를 가지는 녹색 발광다이오드의 활성층 내 인듐(In) 조성비와 piezoelectric field에 대한 전계 흡수 현상을 연구하였다. 활성층 내 결정학적 성질과 In 조성비는 double crystal X-ray diffraction 측정으로 분석하였으며, 1×1 ㎟ 대면적 칩을 제작하여 발광특성을 조사하였다. 또한, 활성층 내 piezoelectric field는 electro-reflectance spectroscopy로부터 측정한 compensation voltage를 이용해 계산하였고, 인가전압에 따른 photocurrent의 변화를 측정함으로써 녹색 발광 소자의 전기 광학적 특성을 분석하였다. We investigated the effects of piezoelectric field on the electro-absorption characteristics in InGaN/GaN multiple-quantum well (MQW) green light emitting diodes (LED). Double crystal X-ray diffraction measurement was performed to study the crystalline property and indium (In) composition in the MQW active layer. To measure the electro-luminescence and electro-reflectance (ER) spectroscopy, we fabricated the 1×1 ㎟ large-area green LED chip. The piezoelectric field inside the LED structure was evaluated from the Vcomp in active layer by the ER spectra. Finally, we analyzed the electro-absorption characteristics of the green LED by using the photo-current spectroscopy.

1×1 mm² 대면적 녹색 LED의 전기 광학적 특성 분석

장이운,조동섭,전주원,안태영,박민주,안병준,송정훈,곽준섭,김진수,이인환,안행근,Jang, L.W.,Jo, D.S.,Jeon, J.W.,Ahn, Tae-Young,Park, M.J.,Ahn, B.J.,Song, J.H.,Kwak, J.S.,Kim, Jin-Soo,Lee, I.H.,Ahn, H.K. 한국진공학회 2011 Applied Science and Convergence Technology Vol.20 No.4

본 논문은 InGaN/GaN 다중양자우물 구조를 가지는 녹색 발광다이오드의 활성층 내 인듐(In) 조성비와 piezoelectric field에 대한 전계 흡수 현상을 연구하였다. 활성층 내 결정학적 성질과 In 조성비는 double crystal X-ray diffraction 측정으로 분석하였으며, $1{\times}1\;mm^2$ 대면적 칩을 제작하여 발광특성을 조사하였다. 또한, 활성층 내 piezoelectric field는 electro-reflectance spectroscopy로부터 측정한 compensation voltage를 이용해 계산하였고, 인가전압에 따른 photocurrent의 변화를 측정함으로써 녹색 발광 소자의 전기 광학적 특성을 분석하였다. We investigated the effects of piezoelectric field on the electro-absorption characteristics in InGaN/GaN multiple-quantum well (MQW) green light emitting diodes (LED). Double crystal X-ray diffraction measurement was performed to study the crystalline property and indium (In) composition in the MQW active layer. To measure the electro-luminescence and electro-reflectance (ER) spectroscopy, we fabricated the $1{\times}1\;mm^2$ large-area green LED chip. The piezoelectric field inside the LED structure was evaluated from the Vcomp in active layer by the ER spectra. Finally, we analyzed the electro-absorption characteristics of the green LED by using the photo-current spectroscopy.

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.

Mo / Si 다층박막에서의 고상확산에 의한 실리사이드 생성에 관한 연구

지응준(E. J. Chi),곽준섭(J. S. Kwak),심재엽(J. Y. Shim),백흥구(H. K. Baik) 한국진공학회(ASCT) 1993 Applied Science and Convergence Technology Vol.2 No.4

RF magnetron sputtering법으로 제조된 Mo/Si 다층박막의 고상반응을 DSC와 XRD를 이용하여 규명하고, 이를 유효구동력 및 유효생성열 개념을 적용하여 고찰하였다. Constant scanning rate DSC 분석에서는 h-MoSi₂와 t-MoSi₂의 생성에 따른 2개의 발열 peak이 관찰되었다. h-MoSi₂와 t-MoSi₂의 생성을 위한 활성화에너지는 각각 1.5eV와 7.8eV이었으며, 이들의 생성은 핵생성이 율속 단계임을 규명하였다. Mo/Si계에서는 비정질상이 생성되지 않았으며 이는 유효구동력에 의한 예측과 일치한다. 최초 결정상인 h-MoSi₂는 t-MoSi₂보다 작은 계면에너지를 갖는 것으로 사료되며, 온도가 증가함에 따라 h-MoSi₂는 보다 안정한 t-MoSi₂로 변태하였다. The solid state reaction of Mo/Si multilayer thin films produced by RF magnetron sputtering technique was examined using differential scanning calorimetry (DSC) and x-ray diffraction, and explained in view of two concepts, effective driving force and effective heat of formation. In constant scanning rate DSC, there were two exothermic peaks which corresponded to the formation of h-MoSi₂ and t-MoSi₂, respectively. The activation energy for the formation of h-MoSi₂ was 1.5eV, and that of t-MoSi₂ was 7.8 eV. Nucleation was the rate controlling mechanism for each of the silicide formation. Amorphous phase was not formed, which was consistent with the prediction by the concept of effective driving force. h-MoSi₂, the first crystalline phase, was considered to have lower interfacial free energy than t-MoSi₂, and by increasing temperature it was transformed into more stable t-MoSi₂.