두꺼운 박막 성장시 Steering 효과 연구

서지근,김재성,Seo J.,Kim J.S. 한국진공학회 2006 Applied Science and Convergence Technology Vol.15 No.4

Epitaxial 성장에서 screening 및 steering 효과 등과 같은 증착과정 중 나타나는 dynamic effects를 kinetic Monte Carlo 시뮬레이션으로 고찰하였다. 증착원자와 토대 원자와의 상호 작용을 엄밀하게 고려하기 위해 이 시뮬레이션 프로그램에 molecular dynamics 시뮬레이션을 결합시켰다. 기울어진 각도로 증착 시킬 경우 표면의 형상은 1) 증착 각도가 기울어짐에 따라 거칠기가 증가한다는 것, 2) 비대칭적인 언덕의 형성된다는 것, 그리고 3) 언덕의 면방향에 따라 비대칭적인 기울기를 갖는다는 세가지 특징을 보았다. 증착 각도나 온도 의존성에 대한 시뮬레이션 결과는 기존의 실험 결과와 잘 일치하는 것을 확인하였다. 기울어진 각도로 증착했을 때 나타나는 이러한 결과는 steering과 screening 효과에 따른 초기 증착 밀도의 불균일에 기인함을 알 수 있었고, 여기서 steering 효과가 screening 효과 보다 주요한 역할을 하는 것을 보았다. 시뮬레이션 계산에서 확인된 새로운 결과는 기울기 선택 (slope selection)이 이루어졌어도 언덕의 각 면이 단일한 기울기로 형성되어 있지 않고 여러 종류의 facet가 섞인 형태이며, 따라서 기울기 선택이 바로 facet 선택을 의미하지는 않는다는 것이다. The dynamic effects, such as the steering and the screening effects during deposition on an epitaxial growth is studied by kinetic Monte Carlo simulation. In the simulation, we incorporates molecular dynamic simulation to rigorously take the interaction of the deposited atom with the substrate atoms into account, We find three characteristic features of the surface morphology developed by grazing angle deposition: (1) enhanced surface roughness, (2) asymmetric mound, and (3) asymmetric slopes of mound sides, Regarding their dependence on both deposition angle and substrate temperature, a reasonable agreement of the simulated results with the previous experimental ones is found. The characteristic growth features by grazing angle deposition are mainly caused by the inhomogeneous deposition flux due to the steering and screening effects, where the steering effects play the major role rather than the screening effects. Newly observed in the present simulation is that the side of mound in each direction is composed of various facets instead of all being in one selected mound angle even if the slope selection is attained, and that the slope selection does not necessarily mean the facet selection.

O/Fe(100) and MgO/Fe(100) 계의 LEED I/V curve 분석

서지근,김상현,Seo, J.K.,Kim, S.H. 한국진공학회 2007 Applied Science and Convergence Technology Vol.16 No.1

우리는 O/Fe(100)의 원자적 구조와 MgO/Fe(100) 표면의 계면의 구조를 LEED I/V curve를 이용하여 분석하였다. 산소를 Fe(100) 표면에 흡착시켰을 때 Fe 표면의 첫 번째 층간 간격은 약 16 % 정도 팽창하는 것을 확인하였다. 1ML MgO를 Fe(100) 표면에 성장하였을 때, MgO의 O가 Fe의 on-top 위치에 자라나는 것을 확인하였고, MgO/Fe 계면의 층간 간격이 확장되는 것을 확인하였다. AIA(average intensity mixing approximation) 계산을 사용하여 단층 MgO 성장한 Fe(100) 계의 계면구조는 MgO/FeO/Fe(100)와 MgO/Fe(100)의 계면구조를 갖는 것을 확인하였다. 이것은 확장된 FeO 층의 존재를 보이고 MgO/FeO/Fe(100)와 MgO/Fe(100) 두가지 계면 구조의 공존을 보인 EELS 실험 결과를 뒷받침 한다. We have analyzed the atomic structure of O/Fe(100) and interface atomic structure of MgO deposited on Fe(100) surface using LEED I/V curve analysis. As the O adsorption on the Fe(100) surface, the first substrate interlayer distance is expanded by up to 16%. For 1ML MgO deposited on Fe(100) surface, the oxygen ions of MgO are located on-top of the Fe atoms, the interlayer distance at the MgO/Fe interface are expanded. From the AIA(average intensity mixing approximation) calculation, we find the interface structure of monolayer MgO on Fe(100) system has the two interface structure with MgO/FeO/Fe(100) and MgO/Fe(100). This supports the results of EELS experiment that shown existence of stretched FeO layer and coexistance of MgO/FeO/Fe(100) and MgO/Fe(100) structure.

증착원자의 속력이 성장 지형에 미치는 영향

서지근,심현석,김상현,Seo, J.,Shim, H.S.,Kim, S.H. 한국진공학회 2012 Applied Science and Convergence Technology Vol.21 No.2

기울어진 각도 증착(GLAD)에서 입사원자의 속력이 표면 지형에 미치는 영향 Molecular Dynamics와 결합한 Kinetic Monte Carlo 시뮬레이션을 통하여 증착원자의 속력이 증가함에 따라 거칠기가 줄어드는 완만한 표면이 형성되는 것을 확인하였다. GLAD 계산에서 증착원자 속력이 ${\upsilon}_0$에서 $10{\upsilon}_0$로 증가함에 따라 표면 지형을 대변하는 성장 지수 ${\beta}$값은 0.97에서 0.67로 감소하였다. 화학증기증착(CVD) 방법과 같은 증착 방법에 대해서도 증착원자의 속력 의존성을 고찰하였다. GLAD에 비해 지수 ${\beta}$값의 속력에 따른 차이는 적지만 CVD의 경우에도 증착원자의 속력이 표면 지형에 일정정도의 영향을 주는 것을 확인하였다. We have studied the effect of speed of deposited atom on morphology evolution during Glancing Angle Deposition (GLAD). Using Kinetic Monte Carlo simulation that incorporate molecular dynamics simulations, we have shown that the rough surface morphology became smoother as the speed of deposited atom is increased. The growth exponent ${\beta}$ change from 0.97 to 0.67 as the speed increase from ${\upsilon}_0$ to $10{\upsilon}_0$ in the case of GLAD. We also examined the effect of speed of deposited atom for the case of chemical vapor deposition (CVD) simulation. Compared to GLAD, the variation in scaling exponent ${\beta}$ is small but the speed of deposited atom also have considerable effect on growth morpholgy in the case of CVD.

고진공, 초고진공, 대기 환경에서의 STS 표면의 오염 정량화

서지근(J. Seo),신용현(Y. H. Shin),홍승수(S. S. Hong),정광화(K. H. Chung),이상길(S. K. Lee),이규장(K. J. Lee) 한국진공학회(ASCT) 1995 Applied Science and Convergence Technology Vol.4 No.3

대기, 고진공, 초고진공 등 다양한 압력 조건에서 STS 합금 표면의 오염상태를 AES 측정을 통해 살펴보았다. 모든 환경에서 노출 초기에 많은 오염이 이루어지며, 시간이 증가함에 따라 오염 속도는 감소하지만 지속적인 오염이 이루어지는 것을 볼 수 있었다. 장기 노출의 경우 주 오염원은 탄소임을 볼 수 있었다. 오염층의 구조는 표면 위에 산소, 그 위에 CO, 그리고 그 위에 탄소가 놓여 있는 층별 구조 형태로 나타났다. We observed the contamination of the STS alloy surface under the various pressure condition, such as air, high vacuum, ultra high vacuum, through AES mesurements. We Found that most of contamination develops in an early stage of exposure and that the contamination persists in the later stage though its rate slows down regardless of container pressure. We determined that the Carbon is the major contaminant in a long-time exposure. The contamination makes the layered structure, that consists of three types layers Oxigcn, CO, and Carbon on the surface of STS alloy.

Video LEED system 과 Tensor LEED program 을 이용한 Cu(001) 표면의 구조분석

서지근(J. Seo),김상현(S. H. Kim),변대현(H. G. Min),한원근(D. H. Byun),민항기(W. K. Han),김재성(J. S. Kim),유재준(J. J. Yu) 한국진공학회(ASCT) 1994 Applied Science and Convergence Technology Vol.3 No.3

Cu(001) 표면의 원자구조를 Dynamic LEED 실험을 통하여 결정하였다. Video LEED system 을 이용하여 I/V특성곡선을 얻었고, 이를 tensor LEED 계산방법으로 분석하였다. 다양한 실험조건과 여러가지 R-factor값의 최소화를 통해 얻은 Cu(001) 표연구조가 1.5%(0.05Å)의 오차범위 내에서 수렴하였다. 이는 기존 설험 결과와도 잘 일치한다. 또한 first-principles계산이 tensor LEED분석에 많은 도움이 됨을 알아내었다. We determined the atomic structure of Cu(001) surface through dynamic LEED experiment. We obtained I/V-curve using video LEED system and analyzed using tensor LEED algorithm. We confirm that the prediction of Cu(001) surface struture remains within 1.5%(0.05Å) uncertainty under several experimental conditions and by minizing the values of various R-factor. The results are consistent with the previously suggested structure. Furthermore, We observed that the first-principles calculation is very helpful to tensor LEED analysis.

초고진공, 고진공, 대기압에서 SUS 316의 오염 구조와 오염 과정 연구

서지근(J. Seo),이규장(K. J. Lee),신용현(Y. H. Shin),홍승수(S. S. Hong),정광화(K. H. Chung) 한국진공학회(ASCT) 1997 Applied Science and Convergence Technology Vol.6 No.1

SUS 316 합금의 노출 조건에 따른 오염 과정과 구조를 x-ray photoelectron spectroscopy 실험을 통해 보았다. SUS 표면에 부착된 오염 물질은 주로 metal-oxide, metal-H-oxide, CO, COH, 그리고 C_xH_y임을 보았다. 오염 물질의 층별 형성 구조는 C_xH_y/CO(COH)/metal-H-oxide/metal-oxide 가 SUS 합금 위에 있는 형태이다. 오염 과정은 주로 금속 구성물의 산화와 C_xH_y의 흡착 과정 두 가지에 의해서 이루어지는 것을 볼 수 있었다. 초고진공 환경에서는, 오염은 주로 산화층 형성에 의한 것으로 노출 시간이 증가함에 따라 산화층의 두 께가 계속 증가하였다. 고진공 또는 높은 압력 환경에서는 노출 초기에 대부분의 산화층이 형성되고, 노출 시간의 증가에 대해서는 주로 C_xH_y에 의한 오염이 계속 증가하였다. 스테인레스 표면 안에 깊이 분포하고 있는 metal-oxide의 농도는 지수형으로 감소하는 형태의 분포를 가지며 그 두께는 대기 노출된 시료의 경우 광전자의 평균자유행로 규모로 형성되는 것을 보았고, 특히 Fe-oxide가 Cr-oxide를 덮고 있는 표면 편석 현상이 보였다. The contamination structure and process on SUS 316 under various exposure conditions were investigated using x-ray photoelectron spectroscopy. The metal-oxide, metal-H-oxides, CO, COH, and C_xH_y are the main components of contaminants on the SUS surface. The compositional profiles of the contaminants are shown to be C_xH_y/CO(COH)/metal-oxide on SUS. The contamination proceeds in two steps. The oxidation of the metallic constituents followed by adsorption of hydrocarbons. Under UHV conditions the contamination is mainly due to the oxidation, and, as the exposure time increases, the oxidation continues. In HV or higher pressure, most of the oxides are formed almost immediately after exposure and as the exposure time increases the contamination of hydrocarbons continues to grow. For the SUS sample exposed to atmosphere, the metal oxide is distributed deep inside the surface with an exponentially decreasing concentration, and its thickness is nearly in the order of photoelectron mean free path. It is also seen that the Fe oxide is segregated over Cr oxide in the highly oxidized samples.