스핀-스프레이법으로 제작한 산화갈륨 박막의 특성 분석 = Investigation of the Properties of Gallium Oxide Thin Films Prepared via Spin-Spray Deposition

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 갈륨 전구체를 사용하여 스핀-스프레이 방법으로 석 영 기판위에 산화갈륨 박막을 증착 시켰다. 스핀-스프레이 방법으로 박 막을 증착 시킬 때 설정해야 하는 조건에는 기판의 온도와 회전속도, 용액 의 공급량과 시간, 농도, 열처리 방법과 시간, 첨가제 농도 등이 있는데 이 변수들에 따라 증착된 막의 결과도 다르게 나온다. 이번 연구에서는 기판 온도, 열처리 방법과 시간, 전구체 농도 그리고 계면 활성제의 농도를 변 화시켜 증착된 산화갈륨 박막 형성에 어떤 영향을 주는지 확인했고, 생성 된 산화갈륨 박막의 구조적, 광학적, 전기적 특성을 살펴보았다. 증착 전 기판온도를 300 ℃, 450 ℃, 600 ℃ 조건과 후열처리로 오 븐에서 700 ℃, 1시간 유지하였다. 열처리전에는 비정질(amorphous) 이었던 박막이 오븐에서 열처리 후 monoclinic 구조의 β-Ga2O3가 생 성됨을 확인하였다. 같은 방법으로 산화갈륨을 증착 시키고 열처리를 RTA에서 1, 3, 5, 7, 10분 동안 하였는데, 1분일 때는 XRD peak가 생성되지 않는 비정질 막이었고 3분부터 peak가 나타나기 시작했으며 5분이후로는 peak가 뚜 렷하게 나타났으며 생성된 박막은 β-Ga2O3 막으로 확인되었다. 갈륨 전구체의 농도를 0.1M(mole)에서 1.0M(mole)까지 변화시 켜 증착 시킨 결과, 0.1M(mole)과 0.3M(mole)에서는 증착된 비정질 박막은 XRD peak가 나타나지 않았고, 0.5M, 0.7M, 1.0M에서 증착된 박막은 XRD peak가 뚜렷이 나타났는데 이를 자세히 조사한 결과, monoclinic 구조의 β-상이 아닌 cubic 구조인 γ-상이었다. 첨가제인 계면활성제를 0.0%, 0.05vol%, 0.1vol% 조건으로 첨가 하여 산화갈륨을 증착한 결과, 이 조건에서 생성된 박막은 XRD peak가 뚜렷하였고 모두 cubic 구조의 γ-Ga2O3이었다. 특히, 0.0vol%에서의 투과율이 45% 전후로 계면 활성제가 첨가된 경우에 비해 높은 결과가 나 왔다. 이번 연구에서 나온 결과 중, 증착된 산화갈륨 박막의 비저항을 포함한 전기적 특성과 투과율은 개선이 필요하다. 추후 연구에서는 투과율과 전기적 특성을 향상시키는 방법을 진행하고자 한다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 ·1
• 제 2 장 이론적 배경 ·3
• 제 1 절 산화갈륨(Ga2O3) ·3
• 제 1 항 산화갈륨(Ga2O3)의 특성 ·3
• 제 2 항 산화갈륨(Ga2O3)의 응용분야 ·14
• 제 2 절 산화갈륨(Ga2O3)의 제조 방법 ·15
• 제 1 항 용융 벌크 성장법 ·16
• 제 2 항 박막 제조법 ·18
• 제 3 항 졸-겔(Sol-Gel)법 ·20
• 제 4 항 스핀-스프레이(Spin-Spray)법 . 22
• 제 3 장 실험 방법 ·24
• 제 1 절 스핀-스프레이법에 의한 산화갈륨 박막 증착 : 기판 온도 변화·24
• 제 1 항 실험과정 ·24
• 제 2 항 결과 및 토의 ·29
• 제 3 항 요약 ·39
• 제 2 절 스핀-스프레이법에 의한 산화갈륨 박막 증착 : 열처리(RTA)·40
• 제 1 항 실험과정 ·40
• 제 2 항 결과 및 토의 ·42
• 제 3 항 요약 ·52
• 제 3 절 스핀-스프레이법에 의한 산화갈륨 박막 증착 : 갈륨 전구체 농도 변화·53
• 제 1 항 실험과정 ·53
• 제 2 항 결과 및 토의 ·55
• 제 3 항 요약 ·64
• 제 4 절 스핀-스프레이법에 의한 산화갈륨 박막 증착 : 계면 활성제 농도 변화·65
• 제 1 항 실험과정 ·65
• 제 2 항 결과 및 토의 ·67
• 제 3 항 요약 ·78
• 제 4 장 결론 ·79
• 제 5 장 참고문헌 ·80
• 제 6 장 영문초록 ·86