N₂/ CH₄가스비에 따른 Hydrogenated Amorphous Carbon Nitride 박막의 특성

장홍규(H. K. Jang),김근식(G. S. Kim),황보상우(S. W. Whangbo),이연승(Y. S. Lee),황정남(C. N. Whang),유영조(Y. Z. Yoo),김효근(H. G. Kim) 한국진공학회(ASCT) 1998 Applied Science and Convergence Technology Vol.7 No.3

DC saddle-field-plasma-enhanced chemical-vapor deposition(PECVD) 장치를 이용하여 상온에서 p-type Si (100) 기판위에 hydrogenated amorphous carbon nitride [a-C:H(N)]박막을 증착하였다. 원료가스인 CH₄과 N₂의 전체압력은 90 mTorr로 고정하고 N₂/CH₄비를 0에서 4까지 변화하면서 제작한 a-C:H(N) 박막의 미세 구조의 변화를 연구하였다. 진공조의 도달 진공도는 1×10^(-6) Torr이고, 본 실험시 CH₄+N₂가스의 유량은 5 sc㎝으로 고정하고 배기량을 조절하여 진공조의 가스 압력을 90 mTorr로 고정하였으며 기판에 200 V의 직류 bias 전압을 인가하였다. α-step과 X-ray photoelectron spectroscopy(XPS)를 이용한 분석결과 N₂/CH₄비가 0에서 0.5로 증가함에 따라 박막 두께는 4840 Å에서 2600 Å으로 급격히 감소하였으며, 박막내의 탄소에 대한 질소함유량(N/C비)는 N₂/CH₄비가 4일때 최대 0.25로 증가하는 것을 확인하였다. 또한 XPS 스펙트럼의 fitting 결과 N₂/CH₄비가 증가할수록 CN결합이 증가하였다. Fourier Transformation Infrared (FT-IR) 분석결과 N₂/CH₄비가 증가함에 따라 박막내의 C-H 결합은 감소하고, N-H, C≡N 결합은 증가하였다. Optical bandgap 측정 결 과 N₂/CH₄비가 0에서 4로 증가함에 따라 a-C:H(N)박막의 bandgap 에너지는 2.53 eV에서 2.3 eV로 감소하는 것을 확인하였다. Hydrogenated amorphous carbon nitride[a-C:H(N)] films were deposited on p-type Si(100) at room temperature with substrate bias voltage of 200 V by DC saddle-field plasma-enhanced chemical vapor deposition. Effects of the ratio of N₂to CH₄(N₂/CH₄), in the range of 0 and 4 on such properties as optical properties, microstucture, relative fraction of nitrogen and carbon, etc. of the films have been investigated. The thickness of the a-C:H(N) film was abruptly decreased with the addition of nitrogen, but at N₂/CH₄> 0.5, the thickness of the film gradually decreased with the increase of the N₂/CH₄. The ratio of N to C(N/C) of the films was saturated at 0.25 with the increase of N₂/CH₄. N-H, C≡N bonds of the films increased but C-H bond decreased with the increase of N₂/CH₄. Optical band gap energy of the film decreased from 2.53 eV deposited with pure methane to 2.3 eV at the ratio of N₂/CH₄=4.

RBS의 원리와 응용[Ⅱ]

황정남(C. N. Whang),송종한(J. H. Song) 한국표면공학회 1990 한국표면공학회지 Vol.23 No.2

산소 흡착에 의한 텅스텐 결정면의 일함수 변화

박노길(N. G. Park),김기석(K. S. Kim),황정남(C. N. Whang),최대선(D. S. Choi) 한국진공학회(ASCT) 1993 Applied Science and Convergence Technology Vol.2 No.3

깨끗한 텅스텐 결정면의 일함수와 산소 흡착에 의한 텅스텐 결정면 ((123), (310), (221))의 일함수의 변화를 장전자 방출법으로 측정하였다. 일함수는 Fowler Nordheim equation을 사용하여 계산하였으며 흡착율을 결정할 수 있는 간단한 방법을 제시하였다. Work function for various clean W planes have been measured using a field electron emission method. For the loosely closed packed planes, i.e. (123), (310), (221), we have also measured the changes in the work function due to oxygen adsorption. Fowler Nordheim equation was employed to estimate the change in the work function. An empirical relation between coverage and dose was obtained.

Work Function Change of W(123) Plane Due to Hydrogen and Deuterium Adsorption at 78 K

박노길(N. G. Park),김기석(K. S. Kim),김성수(S. S. Kim),정광호(K. Jeong),황정남(C. N. Whang),최대선(D. S. Choi) 한국진공학회(ASCT) 1992 Applied Science and Convergence Technology Vol.1 No.1

W(123) 표면위에 수소와 중소수가 흡착될 때 일함수의 변화를 장방출(Field Emission) 방법으로 측정하였다. 78K에서 이 분자들이 흡착될 때 일함수의 변화는 처음에는 증가하다가 최대치에 이른 후 감소하였고, 덮임율(coverage)이 증가함에 따라 포화되었다. 텅스텐 tip의 온도를 200 K까지 올렸을 경우에, 일함수의 변화가 최대가 되었을 때의 덮임율은 78K일 때의 비해 낮은 덮임율 쪽으로 이동하였고, [011] 방향을 갖는 step 혹은 terrace에 의한 일함수의 효과도 동시에 관측되었다. The changes in work function due to hydrogen and deuterium adsorption on W(123) plane are measured by means of Field Emission Method. In the case of hydrogen or deuterium adsorption, work function of W(123) plane at 78 K increase and after a maxium value, it decrease and saturated as increasing coverage. After annealing the tungsten emission tip at 200 K. the coverage corresponding to maximum change in work function was shifted toward low coverage and the effect of work function by terraces or steps of which orientation is [011] was observed.

Ionized Cluster Beam 증착방법을 이용한 Indium - Tin - Oxide(ITO) 박막의 제작과 그 특성에 관한 연구

최성창(S.C Choi),황보상우(S.W. Whangbo),조만호(M.H. Cho),김남영(N.Y. Kim),홍창의(C.E. Hong),이덕형(D.H. Lee),심태언(T.E. Shim),황정남(C.N. Whang) 한국진공학회(ASCT) 1996 Applied Science and Convergence Technology Vol.5 No.1

Ionized Cluster Beam Deposition(ICBD) 방법을 이용하여 glass 기판 위에 indium을 증착하고, 동시에 tin을 thermal evaporation시켜 doping하면서 oxygen gas를 흘려주는 방식으로 ITO 박막을 제작하였다. 제작된 ITO 박막의 특성을 XPS, GXPD, 4-point-probe, Hall-effect 측정장치를 통하여 조사해 보았다. 그 결과 XPS 분석을 통하여 indium과 tin이 각각 산소와 결합한 형태인 In₂O₃와 SnO₂로 존재함을 알 수 있었고, GXRD spectrum 분석으로 박막내의 tin 함유량이 14%를 넘게 되면, 주 peak인 (222)면 이외에 다른 부 peak들과 함께 SnO₂ peak까지 확인되는 것으로 보아 일정량 이상의 Sn doping은 오히려 박막의 결정성 향상에 저해 요소가 됨을 알 수 있었다. 또한 박막의 전기적 특성을 알아보기 위하여 4-point-probe 와 Hall을 측정한 결과 가장 좋은 전기적 특성을 가진 시료의 경우 비저항이 p=3.55×10^(-4)Ω㎝ 이며 carrier mobility가 42.8㎠/Vsec 임을 확인할 수 있었고 가시광선 영역에서 90%이상의 투과율을 나타내었다. Indium-tin oxide (ITO) films were deposited on the glass substrate by the reactive-ionized cluster beam deposition(ICBD) method. In the oxygen atmosphere, indium cluster formed through the nozzle is ionized by the electron bombardment and is accelerated to be deposited on the substrate. And tin is simultaneously evaporated from the boron-nitride crucible. The characteristics of films were examined by the X-ray photoelectron spectroscopy(XPS), glancing angle X-ray diffraction(GXRD) and the electrical properties were measured by 4-point-probe and Hall effect measurement system. From the XPS spectrum, it was found that indium and tin atoms combined with the oxygen to form oxide(In₂O₃ SnO₂). In the case of films with high tin-concentration, the GXRD spectra show that the main In₂O₃ peak of (222) plane, but also sub peaks( (440) peak etc.) and SnO₂ peaks were detected. From that results, it is concluded that the heavily dopped tin component (more than 14 at. %) disturbs to form In₂O₃(222) phase. Four-point-probe and Hall effect measurement show that, in the most desirable case, the transmittance of the films is more then 90% in visible range and its resistivity is p=3.55×10^(-4)Ω㎝ and its mobility is μ= 42.8 ㎠/Vsec.

Analytical Formula for the Collisional Atomic Mixing

김상옥(S. O. Kim),황정남(C. N. Whang) 한국진공학회(ASCT) 1992 Applied Science and Convergence Technology Vol.1 No.3

충돌에 의한 원자혼합현상에 대한 해석적모형을 개발하였다. 이 식은 Sigmund와 Gras-Marti의 식보다 더 현실적인 이온-원자 충돌변수들을 포함한다. 이 식에 의해서 계산된 경량원소에 대한 혼합효율은 Sigmund 식에 의해서 계산된 것과 동일한 결과를 나타낸다. 반면, 중량원소에 대한 계산은 약간의 차이를 나타낸다. 또 이 결과는 경량원소에 대한 dynamic Monte-Carlo 모의실험결과와 잘일치하고 있는 반면, 중량원소에 대해서는 약간의 차이를 나타내는데, 이는 이온 조사시의 sputtering과 기지원자 재배치에 기인한 것으로 추측된다. An analytical formula for the cascade atomic mixing has developed in this study. It has more realistic parameters involved in the ion-atom collision than Sigmund and Gras-Marti formula. The mixing efficiency calculated using present formula shows exactly the same result with that from Sigmund formula for the light element. It shows, however, slightly different result from Sigmund formula for the heavy element. And it shows good agreement with dynamic Monte-Carlo simulation result for the light element, while it shows slight discrepancy with the Monte-Carlo simulation result for the heavy element presumably due to sputtering and matrix relocation during ion irradiation.

Nuclear Microanalysis에 의한 텅스텐 표면의 산소 흡착조사

김명원(Myoung Won Kim),황정남(C. N. Whang) 한국진공학회(ASCT) 1992 Applied Science and Convergence Technology Vol.1 No.1

텅스텐 표면의 (110)면에 흡착된 산소량을 ^(18)O(P, α)^(15)N 핵반응으로 직접 측정하여 미세분석 하였다. Van de Graaff 가속기로 양성자를 가속시켜 시료 표면 가까이에 있는 원자와 충돌시켜 생성되는 α 입자를 측정함으로써 표면에 있는 미소량의 원소도 측정이 가능했다. α입자의 수율은 oxygen exposure에 비례하였는데 coverage (θ)는 5 Langmuir에서 0.5가 되었고, 15 Langmuir에서 포화되었다. The microanalysics by the direct observation of ^(18)O (P, α)^(15)N nuclear reactions on tungsten (110) surface are investigated using a 2MeV Van de Graaff accelerator. This method allows the determination of very small quantities of nuclei near the surface of samples. The yields increase with oxygen exposure. The oxygen coverage, θ, is 0.5 at 5 Langmuir and 1.0 at 15 Langmuir.

이온빔 나노 패터닝을 위한 양극산화 알루미나의 이온빔 투과

신상원,이종한,이성구,이재용,황정남,최인훈,이관희,정원용,문현찬,김태곤,송종한,Shin S. W.,Lee J-H,Lee S. G.,Lee J.,Whang C. N.,Choi I-H,Lee K. H.,Jeung W. Y.,Moon H.-C.,Kim T. G.,Song J. H. 한국진공학회 2006 Applied Science and Convergence Technology Vol.15 No.1

양극 산화된 알루미나 (anodized aluminum oxide : AAO)는 균일하고 일정한 크기의 나노기공 패턴을 지니고 있다. AAO를 이온빔 나노 patterning을 위한 이온조사 시 마스크로서 이용하기 위해 AAO 나노 기공을 통과하는 이온빔의 투과율(AAO에 입사한 이온에 대한 투과이온의 양의 비)을 측정하였다. Al bulk foil을 양극 산화하여 두께가 $4{\mu}m$이고 종횡비(두께와 기공의 지름의 비)가 각각 200:1, 100:1 인 AAO를 Goniometer에 부착하여 500 keV의 $O^{2+}$ 이온빔에 대해 나노기공을 정렬시킨 후, 기울임 각에 따른 투과율을 측정한 결과, 종횡비가 200:1, 100:1 일 때 투과율은 각각 약 $10^{-8},\;10^{-4}$로 거의 이온빔이 투과하지 못하였다. 반면에 $SiO_2$ 위에 증착된 Al 박막으로 양극산화하여 종횡비가 5:1인 AAO의 이온빔 투과율은 0.67로 투과율이 현저히 향상되었다. 높은 종횡비를 갖는 AAO의 경우에는 범과 AAO 기공의 정렬이 쉽지 않은데다 알루미나의 비전도성으로 인한 charge-up 현상으로 인해 이온빔이 극히 투과하기 어렵기 때문이다. 실제로 80 keV의 Co 음이온을 종횡비 5:1인 AAO에 조사시킨 후에는 AAO 나노기공과 동일한 크기의 나노 구조체가 형성됨을 주사전자현미경(scanning electron microscopy: SEM) 관찰을 통하여 확인하였다. Anodic alumina with self-organized and ordered nano hole arrays can be a good candidate of an irradiation mask to modify the properties of nano-scale region. In order to try using porous anodic alumina as a mask for ion-beam patterning, ion beam transmittance of anodic alumina was tested. 4 Um thick self-standing AAO templates anodized from Al bulk foil with two different aspect ratio, 200:1 and 100:1, were aligned about incident ion beam with finely controllable goniometer. At the best alignment, the transmittance of the AAO with aspect ratio of 200:1 and 100:1 were $10^{-8}\;and\;10^{-4}$, respectively. However transmittance of the thin film AAO with low aspect ratio, 5:1, were remarkably improved to 0.67. The ion beam transmittance of self-standing porous alumina with a thickness larger than $4{\mu}m$ is extremely low owing to high aspect ratio of nano hole and charging effect, even at a precise beam alignment to the direction of nano hole. $SiO_2$ nano dot array was formed by ion irradiation into thin film AAO on $SiO_2$ film. This was confirmed by scanning electron microscopy that the $SiO_2$ nano dot array is similar to AAO hole array.

텅스텐 결정면의 수소흡착에 관한 연구

김용욱(Y. W. Kim),박노길(N. G. Park),김기석(K. S. Kim),황정남(C. N. Whang),김성수(S. S. Kim),허경미(K. M. Huh),최대선(D. S. Choi) 한국진공학회(ASCT) 1994 Applied Science and Convergence Technology Vol.3 No.1

장전자 방출법을 이용하여 kink 또는 loosely closed pack의 텅스텐 결정면((310), (221), (211))의 수소흡착에 대한 일함수의 변화를 측정하고 상대 흡착율을 주입량과 일함수의 변화로 결정할 수 있는 방법을 제시하였다. 또한 (310)면과 (221)면에 대한 수소의 heat of desorption을 측정하였으며 초고진공 장치내에서 팔라듐의 수소 source로서의 가능성을 확인하였다. Work function changes for various W planes, i.e. (221), (310), (211), induced by hydrogen adsorption have been measured using a field electron emission method and Fowler Nordheim equation. We have also measured the heat of desorption of these planes. An empirical relation between coverage and dose was obtained. And a possibility of palladium as a hydrogen source in a UHV system was discussed.

Chemical and Crystalline Properties of Polyimide Film Deposited by Ionized Cluster Beam

김기원(K.W. Kim),최성창(S.C. Choi),김성수(S.S. Kim),조성진(S.J. Cho),홍사용(S.Y. Hong),정광호(K.H. Jeong),황정남(J.N. Whang) 한국진공학회(ASCT) 1992 Applied Science and Convergence Technology Vol.1 No.1

Ionized Cluster Beam(ICB) 방법을 이용하여 Polyimide(PI) 박막을 증착시켰다. 증착된 PI 박막의 결정성과 이미드화의 정도를 투과전자현미경(TEM)과 적외선 분광 스펙트럽(FT-IR)을 이용하여 분석하였다. 최적의 조건에서 증착된 PI 박막은 이미드화가 최대로 증가하였고 결정구조를 가짐을 관찰할 수 있었다. 이것은 다른 방법으로 제작된 PI 박막과 비교할 때 훨씬 우수한 것이다. Polyimide (PI) thin films were deposited by the ionized cluster beam deposition (ICBD) technique. Imidization and crystallization of PI films were investigated using transmission electron microscopy (TEM) and Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR). PI films deposited under optimum conditions showed a maximum imidization and good crystal structure, which are superior to those of the films fabricated by other techniques.