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[재료실험] 진공증착(evaporation) 평가C아쉬워요

1. 실험 목적:진공중에서 금속, 화합물, 또는 합금을 가열하여 용융상태로부터 증발시켜 evaporated된 입자들을 기판 표면에 증착시켜 기판의 전기전도도를 측정한다.2. 실험 이론:진공증착 박막방법의 장점은(1) 장치전체의 구성이 비교적 간단하다.(2) 매우 많은 물질에 쉽게 적용할 수 있다.(3) 박막이 될 수 있는 메카니즘이 비교적 단순하기 때문에 박막형성에 있어서 핵생성이나 성장이론과의 대응을 하기 쉽다.(4) 박막을 만들 때, 열적, 전기적 번잡함이 작기 때문에 박막형성시의 막의 물성연구(insitu observation)에 적합하다.(5) 열역학적으로 평형조건에서 되는 물질과 다른 결정구조를 지닌 물질이나 다른 성분비를 지닌 화합물을 만들 수가 있다.우리가 실험한 저항가열식 진공증착방법은 고융점의 filament, basket 또는 boat등의 열적 source가 필요하며, 특히 잘 쓰이고 있는 열적 source재료로는 W, Mo, Ta 등으로, 이 금속들의 박 또는 선을 적당한 형상으로 만들어 증발원으로 한 것으로, 증착재료를 놓고 증발원에 전류를 흘려 가열하여 물질을 증발시키는 방법이다.융점이 낮은 재료의 증착에 유리하며 증착속도는 filament에 공급하는 전류량을 조절함으로써 변화시킬 수 있으며, 증착재료의 source는 선(wire) 또는 작은 덩어리 상태로써 filament에 감거나 basket 또는 boat위에 놓고 양쪽의 전극을 통해 전류를 흘려주면 증착재료를 놓은 부위의 전기저항열이 최대가 되어 증착이 이루어진다.증발원 재료를 증기압을 고려하여 선택함에 있어서 고려해야 할 것은 고온에서는 증발원의 재료와 박막재료가 어느 조합에 대해서 반응이나 확산을 일으켜 화합물이나 합금을 형성하는 문제이다. 왜냐하면 합금이 되면 융점이 떨어지고 증발원은 끊어지기 쉽기 때문이다.따라서 증발원의 재료는 합금이 될 수 없는 조합을 선택하여야 하며, 그것이 힘들 때는 증발원의 온도를 낮추든가, 증발원 재료의 양을 박막재료의 양보다 훨씬 많게 하여 증발원의 소모를 조금이라도 억제해야 한다.이 전기저항열을 이용한 진공증착방법에서는 공급하는 전류량이 충분히 증착재료에 전달될수 있도록 증착 source 면적과 열적접촉 (thermal contact)을 크게 하는 것이 바람직하며, 이 방법은 다양한 크기와 형상의 증착 source를 이용할 수 있는 장점이 있다.아래 식 1) 및 2) 에서 알 수 있듯이 기판 중심의 위치에서 바깥쪽으로 멀어질수록, 즉 상대적으로 l값이 커질수록 두께비(t/to)는 감소하게 되어 증착된 film 두께의 균일도(uniformity)는 떨어지게 된다.이상에서 살펴본 바와 같이 저항가열법을 이용한 진공증착방법에서 증발원으로 방출된 분자들이 기판위에 증착되는 증착율은 source의 기하학적인 요소, source와 기판과의 상대적인 위치, 응축 계수(condensation coefficient)등에 의존하므로 진공증착 박막실험시 세심한 주의와 관찰을 필요로 한다.그림 1. Evaporation from (a) Point source (b) Small area source▲ Point source equation (1)▲Small area source equation(2)그림 2. Geometry of thickness distribution of evaporated films.3. 실험방법:(일반적인 실험 방법이다.)→우리가 실험에 사용한 시편은 500㎛의 p-type이다.1. Chamber내 작업준비를 한다.(시료를 boat위에 놓고, 실험창을 닦는다.)2. Chamber 닫고, all valve를 닫는다.3. 물순환(모터작동)을 시켜준다.4. Main s/w를 켠다.5. Rotary pump s/w를 작동시킨다.6. Roughing valve를 열고, 3분 정도후에 Gaissler관의 색이 엷은 핑크색이 되면 fore-line valve를 연다.[그림 전형적인 진공장치]7. 3분정도후에 Gaissler관의 색이 엷은 핑크색이 되면, Diffusion pump를 켠다.8. s/w on, 15분정도후에 Roughing valve를 닫고 빨리 Main valve를연다.(bar를 6시 방향으로 옮기면 됨)9. Penning gauge를 켜서, 진공도가10^-5 ~ SIM ~ 10^-6가 될 때까지 기다린다.10. 목적한 진공도에 이르면, 온도 setting을 한다.(Si은 120도, 유리의 경우 0도)11. Substrate heater on(역시 sample이 유리일 경우 하지않는다.)12. basket channel s/w를 작동시킨다.13. EVA s/w를 켠다.14. slidax로 Al은 20∼30V정도, Au는 40∼50V정도로 밝은빛을 내며녹을때까지 올린 다.(우리가 실험에 사용한source는 Ag 0.5g이었다.)15. 모두 날아간 것을 확인한후에 slidax를 0으로 한다.16. EVA s/w 와 basket channel s/w 차례로 off한다.17. substrate heater off.18. 증착이 완료되면 Main Valve를 닫고, Penning gauge를 끈다.19. Diffusion pump s/w off, 냉각될때까지 30분정도 기다린다.20. Diffusion pump가 냉각되면, Fore-line valve를 닫고, Rotary pump s/w off한다.21. Main s/w off22. 물순환 중지(모터 off)4. 실험 결과( 결과와 실험 조건)● Deposition method : thearmal evaparation● base preassure: 3.2*10^6 Torr● 진공시간: 29분● substrate 종류: si(100)● source 종류: 99.9%의 Ag 0.5g● substrate와source의 거리: 7cm● substrate 온도: 16~ 39˚c● deposition time: 3분 30초● 저진공까지 가는 걸린 시간: 37분● 최초 chamber의 온도: 16℃● Ag가 녹는 온도: 100A에서 27℃에서 녹았다.▷ 준비된 시편(두께 500㎛의 p-type)을 세척하는 방법: HF에서 15분 세척→di water에서 → tc에서 15분 → di water에서 →아세톤 에서 15분 → di water에서 → 알콜에서 15분의 순서로 세척을 한 후 증착을 시작하는 것이다.● 전기 전도도 측정(부위별로)

공학/기술| 2003.11.26| 5페이지| 1,000원| 조회(1,330)

전기전도도, 진공증착, evaportion, 저항식가열법

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