Sputtering 方法에 依해 製作된 ZnO薄膜의 Annealing 效果에 關한 硏究 = The annealing effect of ZnO thin films prepared by the Sputtering method

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 RF magnetron sputtering방법으로 ZnO 박막을 Sa(0001)와 Si(100)기판위에 증착하였다 . Sputtering 증착 시 O₂/Ar비에 따른 박막의 c-축 배향성과 결정학적 분석은 XRD (X-ray Diffraction)를 이용하였으며, 표면분석은 AFM (Atomic Force Micoroscope), 그리고 미세구조 분석은 SEM (Scanning Electron Microscope)을 측정함으로써 최적의 가스 분압비가 O₂:Ar = 1:1임을 확인 할 수 있었다. RF magnetron sputtering방법으로 증착시킨 ZnO박막을 열처리한 조건은 온도를 450℃로 고정하고 공기 중에서 1시간 동안 열처리 하였다. XRD 측정 결과 증착된 박막의 열처리 전후를 비교하였을 때 열처리 후 ZnO 박막의 결정성이 개선되었음을 알 수 있었으며, rocking curve의 반치폭 역시 열처리 후 감소하였으므로 배향성이 향상되었음을 확인 할 수 있었다. SEM 측정 결과 가스분압비 O₂:Ar = 1:1일 때 열처리 후 박막시료의 주상구조는 보다 발달되었음을 확인할 수 있었다. 그리고 AFM 측정 결과 RF magnetron sputtering방법에 의해 제작된 박막 표면의 평탄도는 열처리 후에 ZnO/Sa(0001)박막의 경우 RMS값이 1.011nm이고, ZnO/Si(100)박막의 경우 RMS값이 1.744nm이었다. PLD방법에 의해 제작된 박막은 열처리 후 ZnO/Sa(0001)박막의 경우 RMS값이 2.880nm이고 ZnO/Si(100)박막의 경우 RMS값이 2.924nm이었다. 그 결과 RF magnetron sputtering 방법에 의해 제작된 박막의 표면 평탄도가 PLD방법에 의해 제작된 박막의 평탄도 보다 우수함을 알 수 있었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this study a thin film was deposited on the sapphire (0001) and silicone (100) substrates by the RF magnetron sputtering method using the ZnO Target. XRD was used for c-axis orientation and crystallographic analysis of the thin film. AFM for the surface analysis and SEM for the micro structure analysis were used to find out that the optimal gas pressure ratio is; O₂:Ar = 1:1. ZnO thin film deposited by the RF magnetron sputtering was annealed at 450°C for an hour in air. After the heat treatment it was found that the crystallization of ZnO thin film was improved and the FWHM of rocking curve was reduced.
It was confirmed through SEM measurement that the pillar structure of the thin film prepared in the partial pressure ratio of O₂: Ar=1:1 were progressed by the heat treatment. The surface roughness of the thin films prepared by the RF magnetron sputtering were improved by the heat treatment. In case of ZnO/Sa(0001) and ZnO/Si(100) thin films the RMS values are 1,011 nm and 1,744 nm respectively. The surface roughness of the thin films prepared by the PLD method was also improved by the heat treatment. In case of ZnO/Sa(0001) and ZnO/Si(100) thin films RMS values are 2,880 and 2,924 nm respectively.
Therefore we understand that the surface roughness of the thin film prepared by the RF magnetic sputtering is more excellent than that of the thin film prepared by the PLD method.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 = 1
• 제2장 이론적 배경 = 3
• 2.1 Sputtering에 의한 박막제작 Mechanism = 3
• 2.1.1 ZnO박막의 우선방위 성장 = 3
• 2.2 박막의 결정성과 배향성 평가 = 5
• 2.2.1 XRD에 의한 박막의 Grain Size 결정 = 5
• 2.2.2 XRD에 의한 박막의 배향성 (ω-scan)평가 = 8
• 제3장 실험방법 = 10
• 3.1 Sputtering 증착법 = 10
• 3.1.1 Sputtering방법 = 10
• 3.1.2 RF Magnetron Sputtering = 11
• 3.1.3 ZnO박막의 열처리 = 13
• 3.2 측정 = 14
• 3.2.1 XRD (X-ray Diffraction)측정 = 14
• 3.2.2 AFM (Atomic Force Microscope)측정 = 15
• 3.2.3 SEM (Scanning Electron Microscope)측정 = 16
• 제4장 결과 및 논의 = 17
• 4.1 ZnO박막제작과 측정 결과 = 17
• 4.1.1 ZnO박막제작 = 17
• 4.1.2 XRD 분석 = 18
• 4.1.3 SEM 분석 = 31
• 4.2 PLD방법에 의한 기판종류에 따른 ZnO박막의 물성 = 35
• 4.2.1 XRD 분석 = 35
• 4.2.2 박막의 AFM분석 = 38
• 4.2.3 SEM 분석 = 38
• 제5장 결론 = 42
• 참고 문헌 = 43
• Abstract = 44