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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.