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초고진공 전자 사이클로트론 화학 기상 증착 장치에 의한 저온 실리콘 에피 성장에 기판 DC 바이어스가 미치는 영향
태흥식(Heung-Sik Tae),황석희(Seok-Hee Hwang),박상준(Sang-June Park),윤의준(Euijoon Joon),황기웅(Ki-Woong Whang),송세안(Se Ahn Song) 한국진공학회(ASCT) 1993 Applied Science and Convergence Technology Vol.2 No.4
Langmuir probe를 사용하여 UHV-ECRCVD 장치에서 기판에 가해진 DC 바이어스에 따른 플라즈마내의 공간적 전위 분포를 측정하였다. 양의 바이어스를 기판에 가하는 경우 플라즈마내의 공간적 전위 분포는 B-field를 따라 cavity로부터 기판으로 down-stream되는 이온의 flux 및 에너지를 감소시키는 오르막의 전위 분포를 갖게 되며 음의 바이어스를 가하는 경우는 down-stream되는 이온의 flux 및 에너지를 증가시키는 내리막의 전위 분포를 갖게 된다. DC 바이어스가 저온 실리콘 에피탁시(560℃ 이하)에 미치는 영향을 in situ reflection high energy electron diffraction(RHEED), cross-section transmission electron microscopy(XTEM), plan-view TEM 및 high resolution TEM(HRTEM)으로 고찰하였다. 음의 바이어스를 가한 기판에는 다결정 실리콘이 성장되고 양의 바이어스를 가한 기판에는 단결정 실리콘이 성장되며 다결정 실리콘의 성장 속도보다 단결정 실리콘의 성장속도가 낮은 것으로 관찰되었다. 플라즈마 증착 중 DC 바이어스에 의한 이온 에너지의 조절은 UHV-ECRCVD에 의한 저온 실리콘 에피탁시에 있어서 중요한 역할을 한다. The spatial potential distribution of electron cyclotron resonance plasma is measured as a function of the substrate DC bias by Langmuir probe method. It is observed that the substrate DC bias changes the slope of the plasma potential near the substrate, resulting in changes in flux and energy of the impinging ions across plasma/substrate boundary along the magnetic field. The effect of the substrate DC bias on the low-temperature silicon homoepitaxy (below 560℃) is examined by in situ reflection high energy electron diffraction (RHEED), cross-section transmission electron microscopy (XTEM), plan-view TEM and high resolution transmission electron microscopy (HRTEM). While the polycrystalline silicon layers are grown with negative substrate biases, the single crystalline silicon layers are grown with positive subatrate biases. As the substrate bias changes from negative to positive values, the growth rate decreases. It is concluded that the control of the ion energy during plasma deposition is very important in silicon epitaxy at low temperatures below 560℃ by UHV-ECRCVD.
GaAs 기판위에 성장된 단결정 AlAs 층의 선택적 산화 및 XPS(X-ray photonelectron spectroscopy) 분석
이용수,태흥식,이석헌,이용현 한국센서학회 1996 센서학회지 Vol.5 No.5
n^+형 GaAs 기판위에 MBE로 1 ㎛ 두께의 GaAs층과 AlAs층 및 GaAs cap 단결정층을 차례로 성장시켰다. AlAs/GaAs epi층을 400℃에서 각각 2시간 및 3시간동안 N^2로 bubbled된 H_2O 水蒸氣(95℃)에서 산화시켰다. 산화시간에 따른 산화막의 XPS 분석결과, 작은 양의 As_2O_3 및 AlAs 그리고 원소형 As들이 2시간동안 산화된 시편에서 발견되었다. 그러나 3시간동안 산화시킨 후에는, 2시간동안 산화시켰을 때 산화막내에 존재하던 소량의 As 산화물과 As 원자들은 발견되지 않았다. 따라서 As-grown된 AlAs/GaAs epi층은 3시간동안 400℃의 산화온도에서 선택적으로 Al_2O_3/GaAs으로 변화되었다. 그러므로 산화온도 및 산화시간은 AlAs/GaAs 계면에서 결함이 없는 표면을 형성하고 기판쪽으로 산화가 진행되는 것을 멈추기 위해서는 매우 결정적으로 작용하는 것으로 조사되었다. A 1 ㎛ thick n-type GaAs layer with Si doping density of 1*10^17/㎤ and a 500Å thick undoped single crystalline AlAs layer were subsequently grown by molecular beam epitaxy on the n^+ GaAs substrate. The AlAs/GaAs layer was oxidized in N_2 bubbled H_2O vapor(95℃) ambient at 400℃ for 2 and 3 hours. From the result of XPS analysis, small amounts of As_2O_3, AlAs, and elemental As were found in the samples oxidized up to 2 hours. After 3 hours oxidation, however, various oxides related to As were dissolved and As atoms were diffused 3 hours the oxide surface. The as-grown AlAs/GaAs layer was selectively converted to Al_2O_3/GaAs at the oxidation temperature 400℃ for 3 hours. The oxidation temperature and time is very critical to stop the oxidation at the AlAs/GaAs interface and to form a defect-free surface layer.
초고진공 전자 사이클로트론 공명 화학 기상증착장치의 제작과 수소 플라즈마를 이용한 실리콘 기판 표면 세정화
황석희,태흥식,황기웅 대한전자공학회 1994 전자공학회논문지-A Vol.31 No.4
The Ultrahigh Vacuum Electron Cyclotron Resonance Chemical Vapor Deposition(UHV-ECRCVD) system whose base pressure is 1${\times}10^{9}$ torr has been constructed. In-situ cleaning prior to the epitaxial growth was carried out at 56$0^{\circ}C$ by ECR generated uniform hydrogen plasma whose density is $10^{10}/cm{3}$. The natural oxide was effectively removed without damage by applying positive DC bias(+10V) to the substrate. RHEED(Reflection High Energy Electron Diffraction) analysis has been used to confirm the removal of the surgace oxide and the streaky 2$\times$1 reconstruction of the Si surface, and the suppression of the substrate damage is anaylized by X-TEM(cross-sectional Transmission Electron Microscopy). Surface cleaning technique by ECR hydrogen plasma confirmed good quality epitaxial growth at low temperature.
평판 유도 결합형 $CH_4/H_2/Ar$ 플라즈마를 이용한 GaN 건식 식각에서 공정변수가 저항성 접촉 형성에 미치는 영향
김문영,태흥식,이호준,이용현,이정희,백영식,Kim, Mun-Yeong,Tae, Heung-Sik,Lee, Ho-Jun,Lee, Yong-Hyeon,Lee, Jeong-Hui,Baek, Yeong-Sik 대한전기학회 2000 전기학회논문지C Vol.54 No.12
We report the effects of etch process parameters on the ohmic contact formation in the plasma etching of GaN. Planar inductively coupled plasma system with $CH_4/H_2/Ar$gas chemistry has been used as etch reactor. The contact resistance and the specific contact resistance have been investigated using transfer length method as a function of RF bias power and %Ar gas concentration in total flow rate. AES(Auger electron spectroscopy) analysis revealed that the etched GaN has nonstoichiometric Ga rich surface and was contaminated by carbon and oxygen. Especially large amount of carbon was detected at the sample etched for high bias power (or voltage) condition, where severe degradation of contact resistance was occurred. We achieved the low ohmic contact of $2.4{\times}10^{-3} {\Omega}cm^2$ specific contact resistance at the input power 400 W, RF bias power 150 W, and working pressure 10mTorr with 10 sccm $CH_4$, 15 sccm H2, 5 sccm Ar gas composition.
축 방향으로 자화된 용량 결합형 RF 플라즈마의 특성 연구
이호준,태흥식,이정해,신경섭,황기웅 한국진공학회 2001 Applied Science and Convergence Technology Vol.10 No.1
본 논문에서는 축 방향으로 자화된 용량결합형 13.65 MHz/40 KHz RF 방전에서 Langmuir Probe, Emissive Probe를 통해 이온 전류 밀도, 전자 온도, 플라즈마 전위의 자장 의존성 및 자기 바이어스 전위를 조사하였다. 자장을 인가함으로서 실험변수 범위 내에서 최대 3배의 이온 전류밀도증가를 얻었고 점화가능한 기체 압력의 최저값을 줄일 수 있었다. 플라즈마가 자화된 경우 공간 전위는 평균적으로 감소하였고 RF 전압의 한주기 동안 시 변동폭이 크게 증가하였다. 플라즈마 전위의 자장 의존성은 Particle-in-Cell Simulation을 수행하여 실험 결과와 비교하였다. 대표적 실험 조건에서 전자 온도는 자장에 따라 약 4 eV에서 5 eV로 약간 증가하는 경향을 보였으나 방전 주파수를 40 KHz로 줄인 경우 1.8 eV에서 0.8 eV로 감소하였다. 실험 장치의 응용 예로서 플루오로 카본 가스에 의한 식각실험이 수행되었다. 자화 플라즈마의 산화막 식각속도 증가를 확인함으로서 축방향 자장이 실제 공정에 긍정정인 영향을 미침을 확인 할 수 있었다. Magnetic field is commonly used in low temperature processing plasmas to enhance the performance of the plasma reactors. E$\times$B magnetron or surface multipole configuration is the most popular. However, the properties of capacitively coupled rf plasma confined by axial static magnetic field have rarely been studied. With these background, the effect of magnetic field on the characteristics of capacitively coupled 13.56 MHz/40 KHz argon plasma was studied, Ion saturation current, electron temperature and plasma potential were measured by Langmuir probe and emissive probe. At low pressure region (~10 mTorr), ion current increases by a factor of 3-4 due to reduction of diffusion loss of charged particles to the wall. Electron temperature slightly increases with magnetic field for 13.56 MHz discharge. However, for 40 KHz discharge, electron temperature decreased from 1.8 eV to 0.8 eV with magnetic field. It was observed that the magnetic field induces large temporal variation of the plasma potential. Particle in cell simulation was performed to examine the behaviors of the space potential. Experimental and simulation results agreed qualitatively.