KR101547600B1 - 이종 접합 계면에서 생성된 2차원 전자 가스의 전기전도도 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 TiO2-말단처리된 SrTiO3 기판 제조 단계, 및 상기 TiO2-말단처리된 SrTiO3 기판에 LaAlO3 박막을 증착시키는 단계를 포함하는 LaAlO3/SrTiO3 계면에서 발생된 2차원 전자 가스의 전기전도도 제어 방법에 관한 것이다.
본 발명에서는 90°Off axis RF-sputtering 증착 방법을 이용하여 다결정 LaAlO3 타겟을 이용하여 SrTiO3 기판에 비정질 LaAlO3 박막을 형성할 수 있으며, 상기 LaAlO3/SrTiO3 계면에서 전기전도도가 우수한 2차원 전자 가스를 효과적으로 제조할 수 있다. 상기 제조된 LaAlO3 박막은 거리 범위에 관계없이 전기적 특성(전기전도도)을 가지며, 상기 LaAlO3 박막을 열처리시킨 후 산소 환경에서도 전도성을 유지하는 효과를 나타내었다.
또한, 본 발명에 따른 방법을 이용하는 경우, 전자 소자 분야에 적용할 수 있도록 대면적 증착이 가능한 효과를 가지며, 이는 종래 PLD나 ALD 기술이 가진 소면적 증착법의 한계를 해결할 수 있는 획기적인 방법이다.

Description

이종 접합 계면에서 생성된 2차원 전자 가스의 전기전도도 제어 방법{Method for conductivity controlling of two dimensional electron gas generated at oxide heterostructure interfaces}
본 발명은 대면적 증착법을 이용하여 이종 접합 계면에서 발생되는 이차원 전자 가스의 전기전도도 제어 방법에 관한 것이다.
최근 산화물 전자소재를 이용하여 이차원 자유전자(two dimensional electron gas, 이하 '2DEG' 라 함)를 형성하고자 하는 움직임이 활발한데 그 이유는 이차원 전자가스의 주요한 특징, 즉 높은 전하이동도와 이차원 전자가스에서만 보이는 독특한 양자역학적 현상이 앞서 말한 전자소자의 소형화 및 성능 고도화와 맞닿아 있기 때문이다. 이러한 이차원 자유전자의 전도도를 외부 전기 자극을 이용하여 제어하는 것이 산화물 기반의 전자 소자를 개발하는데 매우 기초적인 기술이 된다.
지난 수십 년에 걸쳐, 산화물 접합구조(oxide heterostructure)가 전자 소자에서 많은 관심이 있어왔는데, 이는 극한 환경에서 이들이 가지는 높은 조정도(degree of tenability), 기능성 및 안정성 때문이다.
펄스레이저 증착법 (PLD, Pulsed Laser Deposition)은 산화물 이종접합계면에서 2차원 전자가스의 제조를 위해 가장 주도적으로 사용되는 증착 기술이다.
그러나, 상기 펄스레이저 증착법은 소면적 증착으로 인해 소자 적용을 위해서는 적절한 성장 기술은 아니다. 또한, 이면의 산소압은 펄스레이저 증착법에 의해 성장된 이종 산화물 접합 계면에서의 특성에 영향을 미친다. 이러한 소면적 증착법은 복합계 산화물의 2차원 전자기체 특성을 보고하고 있지만 이와 같은 증착방식으로는 1cm2 이상의 박막증착이 불가능하다는 한계가 있다.
통상적으로, 전기전도도는 산소압이 증가될수록 감소하는데, 최근 이는 PLD 공정의 최고 한도에 근접하는 5× 10-2 millibars의 압력에서 절연되는 계면에 의한 것으로 보고되었다.
RF 스퍼터링(Radio Frequency sputtering, 이하 'RF-sputtering' 또는 'RF-스퍼터링' 이라 함)은 대면적에 걸쳐 균일한 에피 막, 매끈한 막을 생성할 수 있다는 것을 보여주는 가능한 공정(scalable process)이다. 수년에 걸쳐, 스퍼터 증착을 통해 LaAlO3(이하 'LAO' 라 함)와 SrTiO3(이하 'STO' 라 함)의 LAO/STO 접합 구조를 제조한 그룹들이 있었지만, 전도성 LaAlO3/SrTiO3 계면에서의 2차원 전자가스는 최근에 보고되었다.
결정성 LAO 대신에, 비정질층을 이용한 산화물 이종 접합계면에서 2차원 전자가스를 생성하기 위한 노력이 여러 그룹에서 시도되어 왔다. 그러나, 2차원 전자 가스는 STO 위의 비정질 LAO로부터 유도되어 산소 환경하에서 열처리를 통하여 절연성으로 바뀌게 되는 문제가 있다.
따라서, 펄스레이저 증착법(PLD), RF-스퍼터링, 및 원자층 증착법(ALD)을 포함하는 다양한 방법에 의해 이종 복합 산화물 계면에서 증착시킨 2차원 전자가스를 제시하였으나, 상기 어떤 방법에서도 대면적으로 전도성을 가지는 LaAlO3/SrTiO3 계면에서 증착시킨 기술은 제시하지 못하였다.
또한, 상기 방법들을 이용하여 이종 접합 계면에서 발생하는 이차원 전자 가스의 전기적 물성이 발현됐지만, 이후 열처리 과정에서 전기적 물성을 잃어버리는 문제들이 있다.
따라서, 2차원 전자 기체를 기반으로 고집적화와 초소형화에 용이하여 새로운 소자 기술의 개발이 요구되고 있다. 복합산화물(Complex oxides)을 이용한 연구는 극히 최근에 시작되었고 아직 전 세계적으로 상업화된 예가 없으며 특히, 대면적 증착을 이용한 산화물 2차원 전자기체는 연구수준이 미미한 실정이다.
본 발명에서는 종래 산화물 이종 계면에서 2차 전자가스를 제조하는 기술들이 가지는 문제들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 산화물 계면에서 높은 전기전도도를 가지는 2차원 전자가스를 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 전기 전도도 제어할 수 있는 방법을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 특성을 가지는 산화물 계면에서 높은 전기전도도를 가지는 2차 전자가스를 대면적으로 제조할 수 있는 방법을 제공하는 데도 있다.
본 발명에 따른 LAO/STO 계면에서 생성된 2차원 전자 가스의 전기전도도 제어방법은 TiO2-말단처리된 STO 기판 제조 단계, 및 상기 TiO2-말단처리된 STO 기판에 LAO 박막을 증착시키는 단계를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.
상기 증착시키기 전 LAO는 기울어진 육면체(rhombohedral symmetry) 구조를 가지는 다결정 LaAlO3 인 것이 바람직하다.
상기 STO 기판에 증착된 LAO/STO 계면에서의 상기 LAO 박막은 비정질(Amorphous) 층을 형성하는 것일 수 있다.
상기 증착은 90°off axis RF-스퍼터링법을 이용하는 것이 바람직하다.
상기 90°off axis RF-스퍼터링법은 증착 속도를 4~5nm/min의 조건으로 조절 가능한 데 특징이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 증착된 LAO/STO 박막을 200~400℃에서 열처리시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 증착된 LAO/STO 계면과, 상기 열처리 후 LAO/STO 계면은 전기전도도를 가지는 데 특징이 있다.
상기 LAO 박막은 2인치 이내의 대면적(large scale)으로 증착 가능한 특징을 가진다.
본 발명에서는 90°Off axis RF sputtering 증착 방법을 이용하여 다결정 LAO 타겟을 이용하여 STO 기판에 비정질 LAO 박막을 형성할 수 있으며, 상기 LAO/STO 계면에서 전기전도도가 우수한 2차원 전자 가스를 효과적으로 제조할 수 있다. 상기 제조된 LAO 박막은 거리 범위에 관계없이 전기적 특성(전기전도도)을 가지며, 상기 LAO 박막을 열처리시킨 후 산소 환경에서도 전도성을 유지하는 효과를 나타내었다.
또한, 본 발명에 따른 방법을 이용하는 경우, 전자 소자 분야에 적용할 수 있도록 대면적 증착이 가능한 효과를 가지며, 이는 종래 펄스레이저 증착법이나 원자층 증착법 기술이 가진 소면적 증착법의 한계를 해결할 수 있는 획기적인 방법이다.
도 1은 본 발명의 대면적 증착법에 이용되는 90o off axis RF magnetron sputter 공정도를 나타낸 것이고,
도 2는 LAO/STO 계면에서 발생하는 이차원 전자 가스가 형성되는 층에서 Oxygen vacancy가 발생하는 현상을 나타내는 개략도이고,
도 3는 1750℃에서 소성시킨 다결정 LaAlO3 target의 XRD 패턴을 나타낸 것 이며,
도 4는 TiO2-terminated SrTiO3 (001) 단결정 기판의 AFM 이미지를 나타낸 것이고,
도 5은 포항가속기 라인의 3A-MP-XRS beamline에 의해 측정된 STO 기판 상에 형성된 비정질 LAO 층의 XRD 패턴을 나타낸 것이며,
도 6은 각각 (a) 1.0 inch (b) 1.35 inch (c) 1.7 inch (d) 2.0 inch 범위에서 증착시킨 LAO/STO 샘플에서의 X-ray Reflectivity (XRR) 패턴을 나타낸 것이며,
도 7은 STO 기판에 각각 (a) 1.0 inch (b) 1.35 inch 로 증착시킨 LAO 박막의 전형적인 단면의 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
이하에서 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 발명은 산화물 이종 접합 계면에서 생성된 2차원 전자 가스의 전기전도도를 제어할 수 있는 방법에 관한 것이다.
본 발명에서 '산화물 이종 접합 계면'은 LaAlO3(LAO)와 SrTiO3(STO) 2종의 산화물을 이용하여 제조된 LAO/STO의 접합 계면을 의미한다.
본 발명에서는 장기 LAO/STO 접합 계면에서 2차원 전자 가스가 발생되며, 상기 전자 가스의 전기전도도를 제어하기 위하여, TiO2-말단처리된 STO 기판 제조 단계, 및 상기 TiO2-말단처리된 STO 기판에 LAO 박막을 증착시키는 단계를 포함한다.
본 발명에서는 먼저 TiO2-말단처리된 STO 기판을 제조하는 단계를 거치는데, 이를 위해 SrTiO3 (001) 단결정 기판을 실온(room temperature)에서 완충 불화수소산(buffered-hydrofluoric acid, BHF) 으로 처리한 다음, 900~1000℃, 1atm O2 조건에서 열처리하고, 산소 환경에서 실온까지 냉각시키는 과정으로 진행될 수 있다.
또한, 본 발명에서는 상기 제조된 TiO2-말단처리된 STO 기판에 LAO(LaAlO3) 박막을 증착시키는 단계를 거친다.
종래 기술들에서는 상기 LAO로서 단결정 물질을 많이 사용한 예는 있으나, 본 발명에서는 기울어진 육면체(rhombohedral symmetry) 구조를 가지는 다결정 LaAlO3 를 사용하는 것이 원재료의 가격적인 측면에서 바람직하다.
상기 다결정 LAO는 La2O3와 α-Al2O3의 산화물 파우더를 출발 물질로 이용하여 고상 반응(solid-state reaction)으로 세라믹 파우더를 합성하여 사용할 수 있다.
구체적으로는, 24시간 동안 볼밀을 이용하여 상기 두 가지의 출발물질을 화학양론적 비율로 완전히 블렌딩시키고, 100℃ 오븐에서 건조시킨 다음, 1500~2000℃에서 1~5시간 동안 하소시킨다. 또한, 상기 얻어진 파우더를 가압시킨 후, 약 1500~2000℃에서 1~5시간 동안 소결시키면 다결정 구조를 가지는 LaAlO3(lanthanum aluminate, LAO) 를 제조할 수 있다. 상기 블렌딩되는 La2O3와 α-Al2O3의 산화물 파우더의 혼합비는 통상의 LAO 제조시 사용되는 수준이면 무방하고, 본 발명에서 특별히 한정되지 않는다.
본 발명에서는 상기 TiO2-terminated STO(001) 기판에 다결정 LAO 박막을 증착시킬 때, 증착 방법으로 90°off axis RF-스퍼터링을 이용하는 것이 바람직하다.
다음 도 1은 본 발명의 대면적 증착법에 이용되는 90o off-axis RF magnetron sputter 공정도를 나타낸 것으로, 이를 참조하면, 각 샘플을 2.0인치(inch) 범위 내에서 5x5mm 크기의 STO 기판 4개를 각기 다른 거리에 위치시키고 동시에 증착시킬 수 있다.
본 발명에 따른 상기 90°off axis RF-스퍼터링은 종래 일반적인 스퍼터링으로 증착시키는 방법에 비해 증착 속도를 원하는 속도로 제어할 수 있는 효과를 가진다. 즉, 본 발명에 따른 90°off axis RF-스퍼터링에 의한 증착법은 그 증착속도를 4~5nm/min의 조건으로 조절 가능하여 대면적 증착이 가능한 특징을 가진다. 또한, 90°off axis RF-스퍼터링은 종래 RF 스퍼터링을 이용한 증착법에 비하여 플라즈마로 인한 손상을 막을 수 있고, 우수한 박막의 제조가 가능하다.
구체적인 증착 조건은 RF 전력 30~80W에서, 불활성 가스 100~150 mTorr의 부분압을 이용하여 약 150~250℃ 온도 조건에서 수행할 수 있다.
상기 증착법으로 제조된 LAO/STO 박막에서 LAO 박막은 비정질 층(Amorphous layer)을 형성하는 특징을 가진다. 이러한 결과는, 최종 제조된 LAO/STO 박막의 XRD 측정 결과에서 출발 물질로 사용된 다결정 LAO의 특성 피크가 발견되지 않는 것으로부터 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 증착된 LAO/STO 계면에서는 2차원 전자 가스가 형성되며, 상기 2차원 전자 가스는 우수한 전기전도도를 가진다. 본 발명의 STO 기판이나 LAO 표면에서는 전기전도도를 나타내지 않으나, LAO/STO 계면에서는 우수한 전기전도도를 나타내는 특징을 가진다.
다음 도 2는 본 발명의 LAO/STO 계면에서 발생하는 이차원 전자 가스가 형성되는 층에서 산소 공극(Oxygen vacancies)가 발생하는 현상을 나타내는 개략도로서, 상기 증착 방법에서는 산소가 없는 불활성 분위기에서 진행되지만 STO 기판에서 산소 공극(oxygen vacancies)이 유발될 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 상기 STO 기판에서 발생될 수 있는 산소 공극을 제거하기 위하여, 상기 증착된 LAO/STO 박막을 200~400℃에서 열처리시키는 단계를 포함할 수 있다. 열처리 시간은 통상의 조건을 따를 수 있으며 특별히 한정되지 않는다.
본 발명에 따른 LAO/STO 박막은 상기 열처리 후에도 LAO/STO 계면에서 전기전도도를 그대로 유지하는 특성을 가진다.
따라서, 본 발명에서는 90°off axis RF-스퍼터링법을 이용하여 2인치 범위 내의 대면적(large scale)으로 LAO/STO 박막의 증착이 가능하며, 2인치 범위 내의 거리에 상관없이 상기 LAO/STO 계면에서는 열적으로 안정한 전도성 계면을 유지할 수 있다.
이러한 본 발명의 방법은 대면적 증착 기술을 이용하여 제조된 산화물 이중 접합 계면에서 높은 전기적 특성을 가지는 2차원 전자 가스는 전자 소자의 소형화 및 성능의 고도화 작업에 폭넓게 적용될 수 있을 것으로 기대한다.
이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 이하의 실시예에서는 특정 화합물을 이용하여 예시하였으나, 이들의 균등물을 사용한 경우에 있어서도 동등 유사한 정도의 효과를 발휘할 수 있음은 당업자에게 자명하다.
실시예 1~2
1)다결정 LAO 타깃 물질 제조
La2O3 (99.99%, Kojundo)와 α-Al2O3 (99.9%, Kojundo)의 2개의 산화물 파우더를 출발 물질로 이용하여 고상 반응(solid-state reaction)에 의해 LAO 세라믹 파우더를 합성하였다. 상기 얻어진 각 파우더를 24시간 동안 볼밀을 이용하여 화학양론적 비율로 완전히 블렌딩시키고, 100℃ 오븐에서 건조시킨 다음, 1600℃에서 3시간 동안 하소시켰다. 또한, 상기 파우더를 가압시킨 후, 1750℃에서 2.5시간 동안 소결시켜 다결정 LaAlO3(lanthanum aluminate, LAO) 를 제조하였다.
2) TiO2-terminated STO(001) 기판 제조
TiO2-terminated STO(001) 기판을 얻기 위하여, SrTiO3 (001) 단결정 기판을 실온(room temperature)에서 30초간 완충 불화수소산(buffered-hydrofluoric acid, BHF) 으로 처리한 다음, 950℃, 1atm O2 조건에서 열처리한 다음 산소 환경에서 실온까지 냉각시켰다.
3) TiO2-terminated STO(001) 기판에 다결정 LAO 박막 증착
다결정 LAO 타깃을 이용하여, TiO2-terminated STO(001) 기판에 LAO 박막을 증착시켰다. 증착 방법은 90°off axis RF-스퍼터링(도 1 참조)을 이용하였으며, 다음 표 1에 90°off axis RF-스퍼터링 조건 값을 나타내었다. 각 샘플들은 50W의 RF 전력에서 1-인치 크기의 다결정 LAO 타깃으로부터 스퍼터링시켰다. 135 mTorr의 Ar 가스를 부분압으로 사용하였으며, 기판 온도는 성장시키는 동안 200℃로 하였다.
산소 공극(oxygen vacancy)을 없애기 위하여 성장된 샘플들을 400℃에서 2시간 동안 튜브 퍼니스에서 열처리시켰다. 상기 박막들은 산소가 없는 조건에서 성장시킨 것들이지만, STO 기판에서 심각한 산소 공극이 유발될 수 있기 때문이다. 열처리후, 상기 STO 기판과 샘플 표면에서는 측정할만한 어떠한 전도도도 나타내지 않았으나, LAO/STO 계면에서의 전도도는 모든 샘플에서 유지하고 있었다.
대면적 RF 스퍼터 박막 성장기술을 입증하기 위하여, 각 샘플을 2.0인치 범위 내의 5x5mm 크기의 STO 기판 4개에 동시 증착시켰다. 증착시키는 동안, 샘플들은 초당 0.5사이클에서 회전시켰다.
90°offaxis RF-스퍼터링 조건 Value
RF Power 50W
가열 온도 200°C
Ar 부분압 135mTorr
증착 속도 4~5nm/min
회전 속도 0.5 cycle/s
실험예 1 : 다결정 LAO 타깃의 구조 확인
1인치 크기의 다결정 LAO 타깃의 구조 확인을 위하여 분당 0.02°의 각도 간격으로 2θ 20~60°에서 Cu Kα radiation을 이용하여 X-선 회절(XRD, Rigaku, D/MAX 2200) 실험을 진행하였다.
다음 도 3은 1750℃에서 소성시킨 다결정 LaAlO3 target의 XRD 패턴을 나타낸 것으로, 다결정 LaAlO3 는 기울어진 육면체(rhombohedral symmetry) (ICDD File Card No:31-0022)의 결정 구조를 나타냄을 확인하였다.
실험예 2 : STO 기판의 모폴로지 확인
기판에 LAO 박막을 증착시키기 전에, STO 기판이 TiO2-말단처리된 표면을 가지는지를 확인하기 위하여 AFM을 이용하여 SrTiO3의 모폴로지를 확인하였다.
다음 도 4에서와 같이, AFM 표면 이미지로부터 화학적으로 열적으로 처리된 STO 기판을 가지는 것을 알 수 있는데, 이는 테라스 모양이 계단식으로 배열된 표면 구조와 원자들의 매끈한 표면 구조를 가지는 것으로부터 확인할 수 있었다.
실험예 3 : LAO / STO 박막의 거칠기 확인( XRD , XRR 측정)
비정질(Amorphous) LAO층과 LAO/STO 샘플의 거칠기(roughness) 측정을 위하여 XRD와 XRR(X-ray Reflectivity)를 이용하였다. 상기 실험은 포항 방사선 가속기 라인의 3A beam line을 이용하였다. (E=11kev).
단결정 LAO 타겟에 의해 제조된 에피택셜 계면과 다른 비정질 LAO/STO 샘플을 얻기 위하여, LAO 샘플을 에피 LAO 층을 얻을 때의 온도(750℃ 이상)보다 훨씬 낮은 온도(200℃)에서 증착시켰다.
다음 도 5에서와 같이, XRD 피크는 STO 기판에서만 관찰되었고, 결정성 LAO의 피크는 관찰되지 않았다. 이러한 결과로부터, 증착된 LAO 박막은 완전히 비정질 상태의 LAO층을 형성하였음을 확인할 수 있었다.
XRR에 의해 측정된 두께와 거칠기 결과를 나타낸 다음 도 6을 참조하면, STO에 증착된 LAO 박막의 XRR 커브는 그 거리에 따라 다르게 나타났다. 앞의 일정한 부분은 LAO 박막의 두께에 의한 것이다. 다양한 증착 거리에서 증착된 LAO 박막의 두께는 (a) 42.5nm (b) 35.5nm (c) 27.2nm, 및 (d) 19.3nm였다. 각 증착 위치에서 LAO 필름의 증착 속도는 이들 값을 이용하여 XRR로부터 계산하였다.
LAO 박막의 두께는 스퍼터링 건(gun)으로부터 거리가 멀어질수록 감소되는 결과를 나타냈다. 1.0inch 범위 내에서 증착된 LAO 박막(a)의 XRR 결과에서는 가파른 기울기, 불규칙한 진동, 및 작은-진폭의 그래프를 가지는 것으로 나타났으며, 이는 표면에서 매우 높은 거칠기를 가지는 것을 유추할 수 있다.
그러나, 1.35inch 범위 내에서 증착된 LAO 박막(b)의 XRR 결과에서는 뚜렷한 진동, 완만한 기울기를 가지는 것으로 나타났는데, 이로부터 그 표면에서 낮은 거칠기를 가짐을 알 수 있다.
1.7inch 범위 내에서 증착된 LAO 박막(c)의 XRR 결과, 및 2.0inch 범위 내에서 증착된 LAO 박막(d)의 XRR 결과에서는 두께의 감소로 분명한 진동이나 진폭은 발견되지 않았다.
이러한 결과로부터, STO 기판 위에 비정질 LAO 박막이 증착되었음을 확인할 수 있었다. 그러나, 표면 거칠기와 두께는 증착되는 샘플의 위치에 따라 일치하지 않는 결과를 나타냈다.
실험예 3: LAO / STO 박막의 구조 확인( SEM 측정)
증착된 샘플들에서 모폴로지의 두께 측정을 위하여 단면을 주사전자현미경(SEM, Hitachi, S-4700)을 이용하였다.
LAO/STO 박막의 거칠기(roughness)와 두께 확인을 위하여, 그 단면을 SEM으로 측정하였다. 다음 도 6(a)의 LAO 박막(1.0인치 범위)의 단면 사진으로부터, 상기 박막의 두께는 약 42nm로 관찰되었다. 또한, 상기 박막은 STO 기판 위에 거칠고 불규칙적인 표면을 가지는 것으로 관찰되었다.
그러나, 다음 도 6(b)에서 확인되는 박막(1.35 인치 범위)에서는 상기 도 6(a)의 LAO 박막(1.0인치 범위)보다 덜 증착된 박막임에도 불구하고, 치밀하게 패킹된 박막층 간의 어떠한 크랙이나 뽀족한 계면도 형성하지 않고 매끈한 표면을 가지는 것으로 나타났다. 이러한 거칠기와 두께의 결과로 보면, SEM 분석결과는 XRR 결과와 잘 일치함을 알 수 있다.
실험예 5 : LAO / STO 박막의 전기적 특성 측정
상기 각 샘플의 전기적 특성은 Van der Pauw geometry를 이용하였으며 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.
거리 범위 두께(nm) 성장속도(nm/min) 캐리어 농도
1 inch range 42.5 4.7 1.5 x 1013/cm2
1.35 inch range 35.5 3.9 0.7 x 1013/cm2
1.7 inch range 27.2 3.0 3.8 x 1011/cm2
2.0 inch range 19.3 2.1 1.9 x 1011/cm2
상기 표 2의 결과를 참조하면, 모든 샘플들은 그 계면에서 전도성을 가지는 것으로 나타났지만, 각 샘플들은 증착되는 거리에 따라 다른 전기적 특성을 가졌다. 모든 샘플들에서, 이동도(mobility)는 5cm2/Vs 근처였으나, 각 샘플의 캐리어 농도는 증착되는 각 샘플의 위치에 따라 매우 다르게 나타났다. 증착 거리가 달라짐에 따라 증착된 LAO/STO 계면에서 캐리어 농도는 (a) 1.5 x 1013/cm2 (b) 0.7 x 1013/cm2 (c) 3.8 x 1011/cm2 및 (d) 1.9 x 1011/cm2였다.
비정질 LAO/STO 계면에서 스퍼터 성장시킨 캐리어 농도는 STO 위에 PLD-성장시킨 LAO의 것과 견줄만하다.
상기 표 2의 증착되는 거리에 따른 박막 두께와 캐리어 농도를 참조하면, 샘플의 표면과 STO 기판은 어떠한 측정할만한 전도도를 나타내지 않았으나, 모든 샘플에서 LAO/STO 계면에서 2차원 전자 가스가 발생되었음을 확인하였다.

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  7. TiO2-말단처리된 SrTiO3 기판 제조 단계,
    상기 TiO2-말단처리된 SrTiO3 기판에 비정질(Amorphous)의 LaAlO3 박막을 RF 전력 30~80W에서 불활성 가스100~150 mTorr의 부분압을 이용하여 150~250℃ 의 기판 온도에서 증착시키는 단계를 포함하되,
    상기 증착된 LaAlO3/SrTiO3 박막의 계면은 200~400℃ 에서 열처리 후(산소 공극 제거)에도 전기전도도를 가지는 2차원 전자 가스의 전기전도도 제어 방법.
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