KR101661668B1 - 쇼트키 접합 디바이스의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
쇼트키 접합 디바이스의 제조 방법을 제공한다. 쇼트키 접합 디바이스는 i) 기판, 및 ii) 기판 위에 위치하고, 기판의 판면과 교차하는 방향으로 뻗으며, 상호 이격되어 배열된 복수의 나노 구조체들을 포함한다. 복수의 나노 구조체들 중 하나 이상의 나노 구조체는, i) 기판의 판면과 접하는 하면, ii) 하면의 면적보다 작은 면적을 가지는 편평한 상면, 및 iii) 상면과 하면을 연결하고, 기판의 판면과 둔각을 이루며 만나는 측면을 포함한다.
Description
본 발명은 쇼트키 접합 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 쇼트키(schottky) 접합을 이용한 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 들어 자원 고갈 및 자원 가격 상승으로 인해 청정 에너지의 연구 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 청정 에너지로는 태양 에너지, 풍력 에너지, 조력 에너지 등을 그 예로 들 수 있다. 특히, 태양 에너지를 효율적으로 이용하기 위해 태양 전지의 연구 개발이 지속적으로 이루어지고 있다.
쇼트키 접합은 금속과 반도체가 접촉된 구조로서 그 전압과 전류 특성이 정류성을 나타내므로, 순방향 전압에 대해서는 전류가 잘 흐르고 역방향 전압에 대해서는 전류가 거의 흐르지 않는다. 즉, 금속과 반도체의 함수가 달라서 접합부에 전위 장벽이 생기므로, 쇼트키 접합은 정류성을 나타낸다. 예를 들면, 금속과 n형 반도체 중의 전자가 금속으로 흐르면 전류가 흐르지만, 역방향으로 전압을 걸면 전위 장벽이 높아지므로, 금속에서 반도체로 전자의 흐름이 저지되면서 전류가 거의 흐르지 않는다. 이러한 쇼트키 접합의 특성을 이용한 태양전지, 커패시터, 다이오드, 반도체 등이 개발되고 있다.
쇼트키 접합을 이용한 디바이스의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 쇼트키 접합 디바이스는 i) 기판, 및 ii) 기판 위에 위치하고, 기판의 판면과 교차하는 방향으로 뻗으며, 상호 이격되어 배열된 복수의 나노 구조체들을 포함한다. 복수의 나노 구조체들 중 하나 이상의 나노 구조체는, i) 기판의 판면과 접하는 하면, ii) 하면의 면적보다 작은 면적을 가지는 편평한 상면, 및 iii) 상면과 하면을 연결하고, 기판의 판면과 둔각을 이루며 만나는 측면을 포함한다.
둔각은 92° 내지 96°일 수 있다. 좀더 구체적으로, 둔각은 93° 내지 94°일 수 있다. 상면의 직경은 120nm 내지 260nm일 수 있다. 나노 구조체의 높이는 1900nm 내지 2600nm일 수 있다. 쇼트키 접합 디바이스는 태양전지, 커패시터 또는 트랜지스터에 사용될 수 있다. 복수의 나노 구조체들 중 하나 이상의 나노 구조체는, i) 기판과 연결된 실리콘 나노 로드(rod), 및 ii) 실리콘 나노 로드 위에 위치한 도전층을 포함할 수 있다.
실리콘 나노 로드(rod)와 도전층 사이에 비도전층이 위치할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 쇼트키 접합 디바이스는 i) 복수의 나노 구조체들을 덮고, 기판과 접하는 비도전층, 및 ii) 비도전층 위에 위치한 도전층을 더 포함할 수 있다. 상면의 표면 조도는 0.05㎛ 내지 0.1㎛일 수 있다. 좀더 바람직하게는, 표면 조도는 0.06㎛ 내지 0.08㎛일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 쇼트키 접합 디바이스의 제조 방법은, i) 기판 위에 상호 이격된 폴리스티렌들을 제공하는 단계, ii) 기판을 식각하여 폴리스티렌들을 각각 상면으로 가지는 복수의 상호 이격된 실리콘 나노 로드들을 형성하는 단계, iii) 상면을 화학적 기계 연마하는 단계, 및 iv) 실리콘 나노 로드들 위에 도전층을 증착하는 단계를 포함한다.
상면을 화학적 기계 연마하는 단계는, i) 기판 위에 콜로이드성 슬러리와 산화알루미늄 입자를 분산시키는 단계, 및 ii) 기판을 연마하는 단계를 포함할 수 있다. 기판을 화학적 기계 연마하는 단계에서 연마 압력은 80pa 이하일 수 있다. 좀더 바람직하게는, 연마 압력은 20pa 내지 70pa일 수 있다. 실리콘 나노 로드들을 형성하는 단계에서, 기판을 Cl2, HBr 및 O2를 포함하는 가스로 건식 식각할 수 있다. 폴리스티렌들을 제공하는 단계는, i) 기판 위에 폴리스티렌들을 분산시키는 단계, 및 ii) 분산된 폴리스티렌들을 가스 플라스마 처리하여 각 폴리스티렌의 직경을 감소시키는 단계를 포함할 수 있다.
쇼트키 접합을 이용하여 전력변환효율이 우수한 디바이스를 제조할 수 있다. 또한, 쇼트키 접합을 태양전지에 사용하는 경우, 광흡수율을 최대화할 수 있다. 또한, 나노 구조체에 화학적 기계 연마 방법을 적용하여 금속과의 접합이 요구되는 쇼트키 접합 디바이스 제조시의 전기적 손실을 줄일 수 있다. 따라서 쇼트키 접합 디바이스는 광학적인 이점을 유지하면서 및 전기적으로 향상되므로, 광전자 소자 및 태양전지 제조시에 효율적으로 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 쇼트키 접합 디바이스의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 II-II선을 따라 자른 나노 구조체의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 쇼트키 접합 디바이스에 포함된 나노 구조체의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 쇼트키 접합 디바이스에 포함된 나노 구조체의 개략적인 단면도이다.
도 5는 도 1의 쇼트키 접합 디바이스의 제조 방법의 개략적인 순서도이다.
도 6 내지 도 10은 도 5의 쇼트키 접합 디바이스의 제조 방법의 각 단계들을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 실험예 1에 따라 제조한 쇼트키 접합 디바이스의 주사전자현미경 사진들이다.
도 12는 본 발명의 실험예 2 내지 실험예 4 및 비교예 1에 따라 제조한 나노 구조체들의 길이 그래프와 주사전자현미경 사진들이다.
도 13은 본 발명의 실험예 5 내지 실험예 7, 비교예 2 및 비교예 3에 따라 제조한 쇼트키 접합 디바이스의 광흡수율 그래프이다.
도 14는 본 발명의 실험예 5 내지 실험예 7 및 비교예 2에 따라 제조한 쇼트키 접합 디바이스, 전류전압 그래프 및 역누설전류 그래프이다.
도 15는 본 발명의 실험예 8 내지 실험예 11 및 비교예 4에 따라 제조한 쇼트키 접합 디바이스와 그 전압 커패시턴스 그래프이다.
도 16은 본 발명의 실험예 12와 실험예 13 및 비교예 5에 따라 제조한 쇼트키 접합 디바이스의 주사전자현미경 사진들과 반사율 그래프이다.
도 17은 본 발명의 실험예 14와 실험예 15에 따라 제조한 쇼트키 접합 디바이스의 주사전자현미경 사진들과 반사율 그래프이다.
도 2는 도 1의 II-II선을 따라 자른 나노 구조체의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 쇼트키 접합 디바이스에 포함된 나노 구조체의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 쇼트키 접합 디바이스에 포함된 나노 구조체의 개략적인 단면도이다.
도 5는 도 1의 쇼트키 접합 디바이스의 제조 방법의 개략적인 순서도이다.
도 6 내지 도 10은 도 5의 쇼트키 접합 디바이스의 제조 방법의 각 단계들을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 실험예 1에 따라 제조한 쇼트키 접합 디바이스의 주사전자현미경 사진들이다.
도 12는 본 발명의 실험예 2 내지 실험예 4 및 비교예 1에 따라 제조한 나노 구조체들의 길이 그래프와 주사전자현미경 사진들이다.
도 13은 본 발명의 실험예 5 내지 실험예 7, 비교예 2 및 비교예 3에 따라 제조한 쇼트키 접합 디바이스의 광흡수율 그래프이다.
도 14는 본 발명의 실험예 5 내지 실험예 7 및 비교예 2에 따라 제조한 쇼트키 접합 디바이스, 전류전압 그래프 및 역누설전류 그래프이다.
도 15는 본 발명의 실험예 8 내지 실험예 11 및 비교예 4에 따라 제조한 쇼트키 접합 디바이스와 그 전압 커패시턴스 그래프이다.
도 16은 본 발명의 실험예 12와 실험예 13 및 비교예 5에 따라 제조한 쇼트키 접합 디바이스의 주사전자현미경 사진들과 반사율 그래프이다.
도 17은 본 발명의 실험예 14와 실험예 15에 따라 제조한 쇼트키 접합 디바이스의 주사전자현미경 사진들과 반사율 그래프이다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.
여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
"아래", "위" 등의 상대적인 공간을 나타내는 용어는 도면에서 도시된 한 부분의 다른 부분에 대한 관계를 좀더 쉽게 설명하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 도면에서 의도한 의미와 함께 사용중인 장치의 다른 의미나 동작을 포함하도록 의도된다. 예를 들면, 도면중의 장치를 뒤집으면, 다른 부분들의 "아래"에 있는 것으로 설명된 어느 부분들은 다른 부분들의 "위"에 있는 것으로 설명된다. 따라서 "아래"라는 예시적인 용어는 위와 아래 방향을 전부 포함한다. 장치는 90° 회전 또는 다른 각도로 회전할 수 있고, 상대적인 공간을 나타내는 용어도 이에 따라서 해석된다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 쇼트키 접합 디바이스(100)의 개략적인 단면 구조를 나타낸다. 도 1의 쇼트키 접합 디바이스(100)의 단면 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 쇼트키 접합 디바이스(100)의 단면 구조를 다른 형태로 변형할 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 쇼트키 접합 디바이스(100)는 기판(10)과 나노 구조체들(20)을 포함한다. 이외에, 도 1에는 도시하지 않았지만, 쇼트키 접합 디바이스(100)는 나노 구조체들(20)을 덮는 절연층 등을 더 포함할 수 있다.
나노 구조체들(20)은 원뿔대 형상을 가지면서 기판(10) 위에 위치한다. 나노 구조체들(20)은 기판(10)의 판면(101)과 교차하는 방향, 즉 z축 방향으로 길게 뻗어 있다. 한편, 나노 구조체들(20)은 상호 이격되어 배열되며, 그 간격(p20)은 400nm 내지 600nm일 수 있다. 바람직하게는, 간격(p20)은 500nm일 수 있다. 나노 구조체들(20)의 간격이 너무 큰 경우, 나노 구조체들(20)의 밀집도가 낮으므로 쇼트키 접합 디바이스(100)의 광흡수율이 감소한다. 또한, 나노 구조체들(20)의 간격이 너무 작은 경우, 나노 구조체들(20)을 형성하기 위한 마스크층 제작이 어려워 공정 비용이 증가한다. 따라서 나노 구조체들(20)의 간격(p20)을 전술한 범위로 조절한다.
한편, 도 1의 쇼트키 접합 디바이스(100)는 태양전지, 커패시터 또는 트랜지스터 등 다양한 용도로 사용될 수 있다. 따라서 쇼트키 접합 디바이스(100)를 다양한 디바이스에 범용적으로 적용할 수 있다. 이하에서는 도 1의 나노 구조체들(20)의 세부 구조를 좀더 상세하게 설명한다.
도 2는 도 1의 II-II선을 따라 자른 나노 구조체(20)의 단면 구조를 개략적으로 나타낸다. 도 2의 나노 구조체(20)의 단면 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 나노 구조체(20)의 단면 구조를 다른 형태로도 변형할 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 나노 구조체(20)는 구조적으로 하면(201), 상면(203) 및 측면(205)을 포함한다. 여기서, 하면(201)과 상면(203)은 편평하게 형성된다. 따라서 나노 구조체(20)는 사다리꼴 형상의 단면 구조를 가진다. 하면(201)은 기판(10)의 판면(101)과 접한다. 나노 구조체(20)는 기판(10)을 에칭하여 형성될 수 있다. 따라서 실질적으로 나노 구조체(20)는 기판(10)과 일체화된 구조로 형성될 수 있다. 또한, 상면(203)은 후술하는 화학적 기계 연마 공정(chemical mechanial polishing, CMP)에 의해 편평하게 형성될 수 있다.
여기서, 상면(203)의 면적(S203)(도 1에 도시)은 하면(201)의 면적(S201)(도 1에 도시)보다 작다. 따라서 나노 구조체(20)에서는 측면(205)이 기울기를 가지는 형태로 형성된다. 이 경우, 나노 구조체(20)는 구배형 굴절률(graded refractive index)을 가질 수 있으므로 광흡수율을 크게 증가시킬 수 있다. 즉, 나노 구조체(20)의 형상을 원뿔대 구조로 형성하여 쇼트키 접합 디바이스(100)를 태양전지에 사용하는 경우, 광흡수율을 증가시킬 수 있으므로, 태양전지의 전력변환효율을 크게 증가시킬 수 있다. 이 경우, 나노 구조체(20)의 구조를 좀더 구체적으로 수치 한정하여 광흡수율을 극대화할 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 기판(10)의 판면(101)과 측면(205)은 상호 만나면서 둔각(θ)을 형성한다. 여기서, 둔각(θ)은 92° 내지 96°일 수 있다. 좀더 바람직하게는, 둔각(θ)은 93° 내지 94°일 수 있다. 둔각(θ)이 너무 작은 경우, 나노 구조체(20)가 원기둥 형상에 가까워지므로, 구배형 굴절률이 작아져서 광흡수율이 크게 증대되지 않는다. 또한, 둔각(θ)이 너무 큰 경우, 나노 구조체(20)의 높이가 너무 작아져서 광경로(light pass length)가 작아지므로, 광흡수율이 낮아진다. 따라서 둔각(θ)을 전술한 범위로 조절하는 것이 바람직하다.
한편, 상면(203)의 직경(d203)은 120nm 내지 260nm일 수 있다. 좀더 바람직하게는, 상면(203)의 직경(d203)은 120nm일 수 있다. 상면(203)의 직경(d203)이 너무 작은 경우, 나노 구조체(20)에 쇼트키 접합 형성시 나노 구조체(20)의 넓은 비표면적에 의해 누설 전류가 증가할 수 있다. 한편, 상면(203)의 직경(d203)이 너무 큰 경우, 나노 구조체(20)가 원기둥 형상에 가까워지므로, 구배형 굴절률이 작아져서 광흡수율이 크게 증대되지 않는다. 따라서 상면(203)의 직경(d203)을 전술한 범위로 조절하는 것이 바람직하다.
후술하겠지만 상면(203)은 화학적 기계 연마 공정을 이용하여 형성한다. 따라서 상면(203)은 편평하게 형성되고, 그 표면 조도는 0.05㎛ 내지 0.1㎛일 수 있다. 상면(203)의 표면 조도가 너무 작은 경우, 상면(203)을 정밀하게 화학적 기계 연마해야 하므로, 상면(203)의 면적(s203)이 너무 커질 수 있다. 또한, 상면(203)의 표면 조도가 너무 큰 경우, 상면(203)의 편평도가 원하는 정도로 얻어지지 않아 쇼트키 접합 디바이스(100)의 특성을 향상시킬 수 없다. 따라서 상면(203)의 표면 조도를 전술한 범위로 조절한다. 좀더 구체적으로, 상면(203)의 표면 조도는 0.06㎛ 내지 0.08㎛일 수 있다.
또한, 하면(201)의 직경(d201)은 440nm 내지 390nm일 수 있다. 좀더 바람직하게는, 하면(201)의 직경(d201)은 410nm일 수 있다. 하면(201)의 직경(d201)이 너무 작은 경우, 나노 구조체(20)가 원기둥 형상에 가까워지므로, 구배형 굴절률이 작아져서 광흡수율이 크게 증대되지 않는다. 한편, 하면(201)의 직경(d201)이 너무 큰 경우, 쇼트키 접합 디바이스(100)에 포함된 각 나노 구조체(20)의 점유 면적이 증가하여 나노 구조체(20)의 수가 줄어들 수 있다. 이 경우, 쇼트키 접합 디바이스(100)의 효율 증대 효과가 미미해진다. 따라서 하면(201)의 직경(d201)을 전술한 범위로 조절하는 것이 바람직하다.
그리고 나노 구조체(20)의 높이(h20)는 1900nm 내지 2600nm일 수 있다. 나노 구조체(20)의 높이(h20)가 너무 작은 경우, 광경로가 짧아져서 광흡수율이 저하된다. 한편, 나노 구조체(20)의 높이(h20)가 너무 큰 경우, 쇼트키 접합 형성시 넓은 비표면적에 의해 누설 전류가 증가할 수 있다. 따라서 나노 구조체(20)의 높이(h20)를 전술한 범위로 조절하는 것이 바람직하다.
한편, 도 2에 도시한 바와 같이, 나노 구조체(20)는 실리콘 나노 로드(207) 와 도전층(209)을 포함한다. 실리콘 나노 로드(207)는 기판(10)과 연결된다. 도전층(209)은 실리콘 나노 로드(207) 위에 위치한다. 좀더 구체적으로, 도전층(209)은 실리콘 나노 로드(207)를 덮는다. 여기서, 실리콘 나노 로드(207)는 고농도의 n형으로 도핑해 정공의 이송 효율을 높여서 쇼트키 접합 디바이스(100)의 광전 변환 효율을 증대시킬 수 있다. 도전층(209)으로는 쇼트키 금속(Schottky metal)을 사용한다. 쇼트키 금속으로는 알루미늄 또는 니켈을 포함하는 화합물을 사용할 수 있다. 좀더 구체적으로, 실리콘 나노 로드(207)와의 상호 반응에 따른 금속 유도 결정화에 의해 생성되는 다결정질의 NiSi2를 도전층(209)의 소재로 할 수 있다. 도전층(209)을 통하여 궁핍 영역을 증가시킴으로써 쇼트키 접합 디바이스(100)의 전류 밀도를 증가시킬 수 있다. 한편, 이러한 구조의 쇼트키 접합 디바이스(100)는 태양전지로 사용할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 쇼트키 접합 디바이스(200)에 포함된 나노 구조체(22)의 개략적인 단면 구조를 나타낸다. 도 3의 나노 구조체(22)의 구조는 도 2의 나노 구조체(20)와 비도전층(221)을 제외하고는 동일하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면 부호를 사용하며, 그 상세한 설명을 생략한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 비도전층(221)은 실리콘 나노 로드(207)와 도전층(209) 사이에 위치한다. 따라서 실리콘 나노 로드(207), 비도전층(221) 및 도전층(209) 사이에 쇼트키 접합이 형성된다. 여기서, 비도전층(221)은 알루미늄 산화물 소재로 제조될 수 있다. 이러한 구조의 쇼트키 접합 디바이스(200)는 커패시터에 사용할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 쇼트키 접합 디바이스(300)를 개략적으로 나타낸다. 도 4의 쇼트키 접합 디바이스(300)는 도 1의 쇼트키 접합 디바이스(100)와 유사하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면 부호를 사용하며, 그 상세한 설명을 생략한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 쇼트키 접합 디바이스(300)는 기판(10), 복수의 나노 구조체들(23), 비도전층(231) 및 도전층(209)을 포함한다. 이외에, 쇼트키 접합 디바이스(300)는 필요에 따라 다른 소자들을 더 포함할 수 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 비도전층(231)은 나노 구조체들(23)을 덮는다. 비도전층(231)은 기판(10)과 접하여 위치한다. 도전층(209)은 비도전층(231) 위에 위치한다. 여기서, 비도전층(231)은 나노 구조체들(23)과 접하여 쇼트키 접합을 형성하고, 도전층(209)은 전극으로 기능하므로, 비도전층(231)의 면적에 비해 그 면적을 작게 형성해도 무방하다. 비도전층(231)의 소재로는 알루미늄 산화물 등을 사용할 수 있다.
도 5는 도 1의 쇼트키 접합 디바이스(100)의 제조 방법을 개략적으로 나타낸다. 또한, 도 6 내지 도 10은 도 5의 각 단계들에 대응하는 공정을 순서대로 나타낸다. 도 5의 쇼트키 접합 디바이스(100)의 제조 방법은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 쇼트키 접합 디바이스(100)의 제조 방법을 다른 형태로도 변형할 수 있다. 이하에서는 도 5의 각 단계와 이에 대응하는 도 6 내지 도 10을 통하여 쇼트키 접합 디바이스(100)의 제조 방법을 설명한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 쇼트키 접합 디바이스(100)의 제조 방법은, 기판 위에 폴리스티렌을 제공하는 단계(S10), 폴리스티렌의 직경을 조절하는 단계(S20), 기판을 식각하여 실리콘 나노 로드들을 형성하는 단계(S30), 실리콘 나노 로드들의 상면을 화학적 기계 연마하는 단계(S40), 그리고 실리콘 나노 로드들 위에 도전층을 증착하는 단계를 포함한다. 이외에, 쇼트키 접합 디바이스(100)의 제조 방법은 필요에 따라 다른 단계들을 더 포함할 수 있다.
먼저, 도 5의 단계(S10)에서는 기판(10) 위에 폴리스티렌을 제공한다. 즉 폴리스티렌(polystyrene, PS)(40)(도 7에 도시, 이하 동일)을 기판(10) 위에 분산시킨다. (도 6에 도시) 복수의 폴리스티렌들(40)은 기판(10) 위에 각각 상호 이격되어 배치된다.
다음으로, 도 5의 단계(S20)에서는 폴리스티렌(40)의 직경을 조절한다. 즉, 여기서는 가스 플라스마를 이용하여 폴리스티렌(40)의 직경을 줄일 수 있다. 이 경우, 가스 플라스마로서 산소 및 수소 등의 가스를 이용할 수 있다. (도 7에 도시)
그리고 도 5의 단계(S30)에서는 기판(10)을 식각하여 실리콘 나노 로드들(207)(도 2에 도시)을 형성한다. (도 8에 도시) 이 경우, 기판(10)을 양으로 대전하고, 대전체(50)를 음으로 대전하여 기판(10)을 건식 식각할 수 있다. 이 경우, 인가되는 전류 출력과 인가 전압을 적절하게 조절함으로써 기판(10)의 식각 속도를 조절할 수 있다. 한편, 식각 시간이 길어질수록 폴리스테렌(40)의 크기가 작아지므로, 원뿔 형태의 실리콘 나노 로드들(207)(도 2에 도시)을 제조할 수 있다. 건식 식각시에는 Cl2(chlorine), HBr(hydrogen bromide) 및 O2를 포함하는 가스로 기판(10)을 건식 식각하여 실리콘 나노 로드들(207)을 형성할 수 있다. 전술한 가스로 된 가스 플라스마는 노출된 기판(10)과 반응하여 실리콘 나노 로드들(207)을 형성한다.
도 5의 단계(S40)에서는 실리콘 나노 로드들(207)의 상면(2071)을 화학적 기계 연마한다. 도 9 및 도 10은 실리콘 나노 로드들(207)의 상면(2071)을 화학적 기계 연마하는 과정을 차례로 나타낸다. 도 9의 확대원에는 화학적 기계 연마되는 실리콘 나노 로드들(207)을 나타내고, 도 10의 확대원에는 그 연마 과정을 나타낸다.
가스 플라스마를 이용하여 실리콘 기판을 식각하는 경우, 가스 플라스마가 실리콘 표면과 반응하여 나노 구조체가 제조되지만, 나노 구조체의 표면이 플라스마 손상을 입으면서 그 비표면적이 증가한다. 따라서 이를 이용해 쇼트키 접합 디바이스를 제조하는 경우, 나노 구조체의 표면에서 전자와 정공이 재결합할 가능성이 높아지므로, 전력변환효율을 제한하는 역전류 누설이 크게 증가한다. 따라서 종래에는 실리콘 나노 구조체 표면의 플라스마 손상을 제거하기 위해 실리콘 나노 구조체를 부가적으로 열처리하거나 습식 식각하였다. 그러나 열처리를 통하여 형성된 실리콘 산화물의 제거 및 습식 식각 과정에서 실리콘 나노 구조체의 표면 형태가 변형되어 특성에 나쁜 영향을 끼쳤다. 그러므로, 본 발명의 실시예들에서는 화학적 기계 연마 공정을 도입하여 나노 구조체의 형상을 나노 스케일로 정밀 제어한다.
그 결과, 광흡수율을 향상시킬 수 있는 나노 구조체의 표면 형태를 그대로 유지하면서 나노 구조체의 종횡비를 조절할 수 있다. 또한, 나노 구조체 위에 비도전층을 형성하는 경우, 나노 구조체와 비도전층의 계면 특성을 향상시킬 수 있다.
먼저, 도 9에 도시한 바와 같이, 화학적 기계 연마를 위해 실리콘 나노 로드들(207)이 형성된 기판(10)을 뒤집어서 폴리싱 플래튼(polishing platten)(62) 위의 폴리싱 패드(621) 위에 배치하므로, 실리콘 나노 로드들(207)은 폴리싱 패드(621)와 접하여 위치한다. 그리고 하부에 캐리어 필름(601)이 부착된 폴리싱 헤드(60)를 기판(10) 위로 이동시킨다. 한편, 도 9의 확대원에 도시한 바와 같이, 기판(10) 아래에는 그 위에 폴리스티렌(40)이 부착된 실리콘 나노 로드(207)가 형성되어 있다.
다음으로, 도 10에 도시한 바와 같이, 연마 압력을 가하면서 폴리싱 헤드(60)와 폴리싱 플래튼(62)을 화살표 방향으로 회전시켜서 실리콘 나노 로드들(207)(도 9에 도시, 이하 동일)의 상면(2071)(도 9에 도시, 이하 동일)을 화학적 기계 연마한다. 즉, 중성의 콜로이드성 슬러리(66)와 알루미늄 산화물(68) 입자의 혼합물을 분산시키고, 슬러리 유량과 연마 시간을 고정하여 연마 압력을 변화시켜서 실리콘 나노 로드들(207)의 상면(2071)을 제거한다. 이 공정에 따라 폴리스티렌(40)(도 9에 도시)도 함께 제거된다. 즉, 도 10의 확대원에 도시한 바와 같이, 기판(10)이 알루미늄 산화물(68)과 함께 패드(621)에 접촉하면서 실리콘 나노 로드들(207)의 상면이 제거된다. 그 결과, 도 2의 형상을 가지는 실리콘 나노 로드들(207)을 제조할 수 있다. 한편, 화학적 기계 연마가 완료된 나노 구조체들은 불산 등에 의해 잔류 슬러리들을 제거하고, 금속 이온에 의한 오염을 방지하기 위해 황산 및 과산화수소를 이용하여 실리콘 산화물을 제거하여 세정할 수 있다.
여기서, 기판(10)을 화학적 기계 연마하는 경우, 단계에서, 연마 압력은 80pa 이하일 수 있다. 좀더 바람직하게는, 연마 압력은 20pa 내지 70pa일 수 있다. 기판(10)에 대한 연마 압력이 너무 큰 경우, 나노 구조체가 너무 많이 연마되어 광흡수율을 증대시킬 수 없다. 또한, 기판(10)에 대한 연마 압력이 너무 작은 경우, 실리콘 나노 로드들(207)의 종횡비를 안정적으로 조절할 수 없다. 따라서 연마 압력을 전술한 범위로 조절한다.
다시 도 5로 다시 되돌아가면, 단계(S50)에서는 실리콘 나노 로드들(207) 위에 도전층(209)을 증착한다. 도전층(209)은 전극으로 사용할 수 있다. 도전층(209)의 소재로서 알루미늄을 증착하여 사용할 수 있다.
한편, 도 5에는 도시하지 않았지만, 도 3의 본 발명의 제2 실시예에 따라 제조한 실리콘 나노 로드들(207)의 제조 과정에서는 실리콘 나노 로드들(207) 위에 비도전층(221)을 증착한다. 그리고 비도전층(208) 위에 도전층(209)을 증착한다. 도전층(209)은 전극으로 사용된다. 또한, 도 4의 본 발명의 제3 실시예에 따라 제조한 쇼트키 접합 디바이스(300)의 제조 과정에서도 나노 구조체들(23) 위에 비도전층(231)을 증착하거나 스핀 코팅하여 형성한다. 그리고 비도전층(231) 위에 전극으로 사용되는 도전층(209)을 증착한다.
이하에서는 실험예를 통하여 본 발명의 좀더 상세하게 설명한다. 이러한 실험예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.
실험예
실리콘 기판 위에 식각 마스크로서 사용되는 폴리스티렌을 증착하였다. 증착된 폴리스티렌의 직경은 500nm 정도였다. 그리고 H2 및 O2로 된 플라스마를 이용하여 폴리스티렌의 직경을 400nm 정도로 줄였다. 이 경우, TCP-9400 DFM 장비를 150W, -370Vb 및 700mmT 조건하에서 사용하였다. 그리고 TCP-9400 DFM 장치를 이용하여 출력 300W 및 인가전압 450V로 조절해 실리콘 기판을 식각하였다. 즉, 증착된 폴리스티렌이 식각 마스크로 작용하므로, 폴리스티렌의 주변부를 식각하였다. 여기서는, Cl2, HBr 및 O2를 사용하여 실리콘 기판을 식각하여 실리콘 기판 위에 650nm의 높이를 가지는 나노 구조체를 형성하였다. 다음으로, 나노 구조체가 형성된 실리콘 기판을 화학적 기계 연마하였다. 이 경우, 8ml/min의 유량비를 가지는 pH 7의 콜로이드성 슬러리와 30nm 내지 50nm의 입도를 가지는 알루미늄 산화물을 주입하였고, 연마 시간은 180초로 고정하였고, 연마 압력을 변화시키면서 나노 구조체를 가공하였다. 그리고 불산과 금속 이온에 의한 오염을 방지하기 위해 황산 및 과산화수소를 이용하여 등에 의해 알루미늄 산화물로 된 잔류 슬러리들을 제거하여 나노 구조체를 세정하였다.
나노 구조체 제조 실험
실험예 1
화학적 기계 연마시 연마 압력을 80pa로 하여 나노 구조체를 가공하였다. 나머지 실험 과정은 전술한 실험예와 동일하였다.
실험예 1의 실험 결과
도 11은 실험예 1에 따라 제조한 쇼트키 접합 디바이스의 주사전자현미경 사진들을 나타낸다. 도 11의 좌측은 쇼트키 접합 디바이스의 평면 주사전자현미경 사진을 나타내고, 도 11의 우측은 쇼트키 접합 디바이스의 단면 주사전자현미경 사진을 나타낸다.
도 11의 좌측 사진에 도시한 바와 같이, 쇼트키 접합 디바이스에 포함된 나노 구조체의 상면이 화학적 기계 연마에 의해 편평하게 가공된 것을 확인할 수 있었다. 즉, 도 11의 우측 사진에 도시한 바와 같이, 원뿔형 나노 구조체의 상부가 화학적 기계 연마에 의해 가공되어 원뿔대 형태로 형성된 것을 확인할 수 있었다.
화학적 기계 연마 실험
실험예 2
화학적 기계 연마시 주입되는 슬러리 유속을 30min로 조절하고, 2kg의 압력으로 180초 동안 나노 구조체를 가공하였다. 나머지 실험 과정은 전술한 실험예와 동일하였다.
실험예 3
화학적 기계 연마시 주입되는 슬러리 유속을 30min로 조절하고, 10kg의 압력으로 180초 동안 나노 구조체를 가공하였다. 나머지 실험 과정은 전술한 실험예와 동일하였다.
실험예 4
화학적 기계 연마시 주입되는 슬러리 유속을 30min로 조절하고, 20kg의 압력으로 180초 동안 나노 구조체를 가공하였다. 나머지 실험 과정은 전술한 실험예와 동일하였다.
비교예 1
실리콘 기판 위에 식각 마스크로서 사용되는 폴리스티렌을 증착하였다. 증착된 폴리스티렌의 직경은 500nm 정도였다. 그리고 H2 및 O2로 된 플라스마를 이용하여 폴리스티렌의 직경을 400nm 정도로 줄였다. 이 경우, TCP-9400 DFM 장비를 150W, -370Vb 및 700mmT 조건하에서 사용하였다. 그리고 TCP-9400 DFM 장치를 이용하여 출력 300W 및 인가전압 450V로 조절해 실리콘 기판을 식각하였다. 즉, 증착된 폴리스티렌이 식각 마스크로 작용하므로, 폴리스티렌의 주변부를 식각하였다. 여기서는, Cl2, HBr 및 O2를 사용하여 실리콘 기판을 식각하여 실리콘 기판 위에 650nm의 높이를 가지는 나노 구조체를 형성하였다. 그리고 이를 이용하여 각각 쇼트키 접합 디바이스를 제조한 후 광흡수율을 측정하였다.
실험예 2 내지 실험예 4 및 비교예 1의 실험결과
도 12는 본 발명의 실험예 2 내지 실험예 4 및 비교예 1에 따라 제조한 쇼트키 접합 디바이스에 포함된 나노 구조체들의 길이 그래프와 주사전자현미경 사진들을 나타낸다. 즉, 도 12에는 상측에는 쇼트키 접합 디바이스의 길이 그래프를 나타내고, 도 12에는 하측에는 각 쇼트키 접합 디바이스의 단면 주사전자현미경 사진들을 나타낸다.
도 12의 실험예 2에서는 약 화학적 기계 연마전의 2/3 정도의 높이를 가지는 원뿔대 형상의 나노 구조체가 형성된 것을 확인할 수 있었다. 그리고 도 12의 실험예 3에서는 약 화학적 기계 연마전의 1/2 정도의 높이를 가지는 원뿔대 형상의 나노 구조체가 형성되었고, 실험예 4에서는 나노 구조체가 너무 연마되어 나노 구조체가 거의 사라진 것을 확인하였다. 한편, 비교예 1에서는 나노 구조체가 화학적 기계 연마되지 않았으므로 원뿔 형상을 가지는 것을 확인할 수 있었다.
나노 구조체 제조 실험
실험예 5
실험예 2에서 제조한 나노 구조체에 알루미늄으로 된 도전층을 증착하여 쇼트키 접합 디바이스를 제조하였다. 그리고 쇼트키 접합 디바이스의 광흡수율을 측정하였다.
실험예 6
실험예 3에서 제조한 나노 구조체에 알루미늄으로 된 도전층을 증착하여 쇼트키 접합 디바이스를 제조하였다. 나머지 실험 과정은 실험예 5와 동일하였다.
실험예 7
실험예 4에서 제조한 나노 구조체에 알루미늄으로 된 도전층을 증착하여 쇼트키 접합 디바이스를 제조하였다. 나머지 실험 과정은 실험예 5와 동일하였다.
비교예 2
비교예 1에서 제조한 나노 구조체에 알루미늄으로 된 도전층을 증착하여 쇼트키 접합 디바이스를 제조하였다. 나머지 실험 과정은 실험예 5와 동일하였다.
비교예 3
편평한 표면을 가지는 실리콘 기판 위에 알루미늄으로 된 도전층을 증착하여 쇼트키 접합 디바이스를 제조하였다. 나머지 실험 과정은 실험예 5와 동일하였다.
실험예 5 내지 실험예 7, 비교예 2 및 비교예 3의 실험결과
도 13은 본 발명의 실험예 5 내지 실험예 7, 비교예 2 및 비교예 3에 따라 제조한 쇼트키 접합 디바이스의 광흡수율 그래프를 나타낸다.
도 13에 도시한 바와 같이, 실험예 5 내지 실험예 7에 따라 제조한 쇼트키 접합 디바이스의 광흡수율이 비교예 2 및 비교예 3에 따라 제조한 쇼트키 접합 디바이스의 광흡수율보다 우수한 것을 확인할 수 있었다. 즉, 화학적 기계 연마에 의해 나노 구조체를 원뿔대로 형성한 쇼트키 접합 디바이스는 나노 구조체를 원뿔로 형성하거나 나노 구조체를 형성하지 않은 경우에 비해 광흡수율이 우수하다는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 실험예 5 내지 실험예 7에 따라 제조한 쇼트키 접합 디바이스를 태양전지에 사용하는 경우 태양전지의 효율을 크게 증가시킬 수 있었다.
한편, 도 14는 본 발명의 실험예 5 내지 실험예 7 및 비교예 2에 따라 제조한 쇼트키 접합 디바이스, 전류전압 그래프 및 역누설전류 그래프를 나타낸다. 즉, 도 14의 좌측에는 태양전지로 사용되는 쇼트키 접합 디바이스를 나타내고, 도 14의 중앙에는 이 쇼트키 접합 디바이스에 전압을 인가함에 따른 전류 변화를 나타내고, 도 14의 우측에는 쇼트키 접합 디바이스에 인가하는 바이어스 전압의 증가에 따른 정류비를 나타낸다.
먼저, 도 14의 중간 그래프에 도시한 바와 같이, 화학적 기계 연마에 의해 나노 구조체의 높이가 감소함에 따라 전압 증가에 따라 쇼트키 접합 디바이스에 흐르는 전류의 양이 점차 감소하는 것을 알 수 있었다. 즉, 실험예 5로부터 실험예 7로 가면서 전압 인가에 따라 흐르는 전류의 양이 점차적으로 감소하였다. 한편, 비교예 2의 쇼트키 접합 디바이스에서는 전류가 흐르지 않는 것을 확인하였고, 이는 가스 플라스마에 의해 손상된 비표면적에 의해 전자의 표면 재결합이 발생하여 전류가 흐르지 않는 것으로 확인되었다.
또한, 도 14의 우측 그래프에 도시한 바와 같이, 나노 구조체의 높이가 감소할수록 역누설 전류는 감소하는 것으로 확인되었다. 즉, 실험예 5로부터 실험예 7로 가면서 순방향 전압 증가에 따라 정류비가 줄어드는 것으로부터 확인되었다. 따라서 쇼트키 접합 디바이스에 포함된 나노 구조체의 상면을 간단히 화학적 기계 연마하여 쇼트키 접합 디바이스의 특성을 향상시킬 수 있었다.
쇼트키 접합 디바이스의 광흡수율 측정 실험
실험예 8
실험예 2에서 제조한 나노 구조체에 알루미늄 산화물로 된 비도전층과 알루미늄으로 된 도전층을 증착하여 쇼트키 접합 디바이스를 제조하였다. 여기서, 쇼트키 접합 디바이스는 커패시터로 사용할 수 있었다. 쇼트키 접합 디바이스에 플랫밴드전압을 인가하여 커패시턴스의 변화량을 측정하였다.
실험예 9
실험예 3에서 제조한 나노 구조체에 알루미늄 산화물로 된 비도전층과 알루미늄으로 된 도전층을 증착하여 쇼트키 접합 디바이스를 제조하였다. 나머지 실험 과정은 실험예 8과 동일하였다.
실험예 10
실험예 4에서 제조한 나노 구조체에 알루미늄 산화물로 된 비도전층과 알루미늄으로 된 도전층을 증착하여 쇼트키 접합 디바이스를 제조하였다. 나머지 실험 과정은 실험예 8과 동일하였다.
실험예 11
실험예 4에서 제조한 나노 구조체에 알루미늄 산화물로 된 비도전층과 알루미늄으로 된 도전층을 증착하여 쇼트키 접합 디바이스를 제조하였다. 나머지 실험 과정은 실험예 8과 동일하였다.
비교예 4
비교예 2의 실리콘 기판에 알루미늄 산화물로 된 비도전층과 알루미늄으로 된 도전층을 증착하여 쇼트키 접합 디바이스를 제조하였다. 나머지 실험 과정은 실험예 8과 동일하였다.
실험예 8 내지 실험예 11 및 비교예 4의 실험 결과
도 15는 본 발명의 실험예 8 내지 실험예 11 및 비교예 4에 따라 제조한 쇼트키 접합 디바이스와 그 전압 커패시턴스 그래프를 나타낸다. 도 15의 좌측에는 커패시터로 사용되는 쇼트키 접합 디바이스를 개략적으로 나타내고, 도 15의 우측에는 전압 변화에 따른 커패시턴스의 변화를 나타낸다.
도 15의 우측에 도시한 그래프의 전압은 플랫 전압에 해당한다. 플랫 전압은 금속과 반도체의 일함수만큼 도전층, 비도전층 및 반도체로서 기능하는 나노 구조체로 된 쇼트키 접합 디바이스에 전압을 인가하여 반도체 띠를 평탄화하도록 도전층에 인가하는 전압을 의미한다. 도전층과 비도전층을 동일한 조건하에서 제조하였지만, 나노 구조체의 높이에 따라 플랫밴드 전압값이 달라지는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 화학적 기계 연마에 의해 나노 구조체의 높이를 감소시킬수록 비교예 4의 플랫밴드 전압과 같아지는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 나노 구조체의 상면을 간단히 화학적 기계 연마하여 커패시터로 사용되는 쇼트키 접합 디바이스의 특성을 향상시킬 수 있었다. 이는 가스 플라스마로 손상된 비표면적이 줄어들면서 실리콘의 페르미 준위 고정 현상이 개선되었기 때문이다.
나노구조체의 크기 실험
실험예 12
실리콘 기판 위에 식각 마스크로서 사용되는 폴리스티렌을 증착하였다. 증착된 폴리스티렌의 직경은 500nm 정도였다. 그리고 H2 및 O2로 된 플라스마를 이용하여 폴리스티렌의 직경을 400nm 정도로 줄였다. 이 경우, TCP-9400 DFM 장비를 150W, -370Vb 및 700mmT 조건하에서 사용하였다. 그리고 TCP-9400 DFM 장치를 이용하여 출력 300W 및 인가전압 450V로 조절해 실리콘 기판을 식각하였다. 즉, 증착된 폴리스티렌이 식각 마스크로 작용하므로, 폴리스티렌의 주변부를 식각하였다. 여기서는, Cl2, HBr 및 O2를 사용하여 실리콘 기판을 식각하여 실리콘 기판 위에 나노 구조체를 형성하였다. 그리고 불산과 금속 이온에 의한 오염을 방지하기 위해 황산 및 과산화수소를 이용하여 등에 의해 알루미늄 산화물로 된 잔류 슬러리들을 제거하여 나노 구조체를 세정하였다.
실험예 13
실리콘 기판 위에 식각 마스크로서 사용되는 폴리스티렌을 증착하였다. 증착된 폴리스티렌의 직경은 1000nm 정도였다. 그리고 H2 및 O2로 된 플라스마를 이용하여 폴리스티렌의 직경을 400nm 정도로 줄였다. 이 경우, TCP-9400 DFM 장비를 150W, -370Vb 및 700mmT 조건하에서 사용하였다. 그리고 TCP-9400 DFM 장치를 이용하여 출력 300W 및 인가전압 450V로 조절해 실리콘 기판을 식각하였다. 즉, 증착된 폴리스티렌이 식각 마스크로 작용하므로, 폴리스티렌의 주변부를 식각하였다. 여기서는, Cl2, HBr 및 O2를 사용하여 실리콘 기판을 식각하여 실리콘 기판 위에 나노 구조체를 형성하였다. 그리고 불산과 금속 이온에 의한 오염을 방지하기 위해 황산 및 과산화수소를 이용하여 등에 의해 알루미늄 산화물로 된 잔류 슬러리들을 제거하여 나노 구조체를 세정하였다.
비교예 5
실리콘 기판 위에 식각 마스크로서 사용되는 폴리스티렌을 증착하였다. 증착된 폴리스티렌의 직경은 500nm 정도였다. 그리고 H2 및 O2로 된 플라스마를 이용하여 폴리스티렌의 직경을 400nm 정도로 줄였다. 이 경우, TCP-9400 DFM 장비를 150W, -370Vb 및 700mmT 조건하에서 사용하였다. 그리고 TCP-9400 DFM 장치를 이용하여 출력 300W 및 인가전압 450V로 조절해 실리콘 기판을 식각하였다. 즉, 증착된 폴리스티렌이 식각 마스크로 작용하므로, 폴리스티렌의 주변부를 식각하였다. 여기서는, Cl2, HBr 및 O2를 사용하여 실리콘 기판을 식각하여 실리콘 기판 위에 650nm의 높이를 가지는 나노 구조체를 형성하였다.
실험예 12 및 실험예 13의 실험결과
도 16은 본 발명의 실험예 12, 실험예 13 및 비교예 5에 따라 제조한 나노 구조체의 주사전자현미경 사진들과 반사율 그래프를 나타낸다. 즉, 도 16의 상측에는 각각 실험예 12와 실험예 13에 따라 제조한 나노 구조체의 주사전자현미경 사진들을 나타내고, 도 16의 하측에는 실험예 12, 실험예 13 및 비교예 5의 반사율 그래프를 나타낸다.
실험예 12 및 실험예 13에서 각각 측정한 나노 구조체의 형상은 하기의 표 1과 같았다. 여기서는 나노 구조체의 높이, 상면 직경 및 하면 직경을 측정하였다.
도 16의 하측의 그래프에 도시한 바와 같이, 반사율을 측정하는 경우, 직경이 작아 조밀하게 밀집될수록 광흡수율이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 비교예 5에 비하여 실험예 12 및 실험예 13에서의 광흡수율이 큰 것으로 측정되었다.
나노구조체의 길이 측정 실험
실험예 14
실리콘 기판 위에 식각 마스크로서 사용되는 폴리스티렌을 증착하였다. 증착된 폴리스티렌의 직경은 500nm 정도였다. 그리고 H2 및 O2로 된 플라스마를 이용하여 폴리스티렌의 직경을 400nm 정도로 줄였다. 이 경우, TCP-9400 DFM 장비를 150W, -370Vb 및 700mmT 조건하에서 사용하였다. 그리고 TCP-9400 DFM 장치를 이용하여 출력 300W 및 인가전압 450V로 조절해 실리콘 기판을 180s 동안 식각하였다. 즉, 증착된 폴리스티렌이 식각 마스크로 작용하므로, 폴리스티렌의 주변부를 식각하였다. 여기서는, Cl2, HBr 및 O2를 사용하여 실리콘 기판을 식각하여 실리콘 기판 위에 나노 구조체를 형성하였다.
실험예 15
실리콘 기판 위에 식각 마스크로서 사용되는 폴리스티렌을 증착하였다. 증착된 폴리스티렌의 직경은 500nm 정도였다. 그리고 H2 및 O2로 된 플라스마를 이용하여 폴리스티렌의 직경을 400nm 정도로 줄였다. 이 경우, TCP-9400 DFM 장비를 150W, -370Vb 및 700mmT 조건하에서 사용하였다. 그리고 TCP-9400 DFM 장치를 이용하여 출력 300W 및 인가전압 450V로 조절해 실리콘 기판을 300s 동안 식각하였다. 즉, 증착된 폴리스티렌이 식각 마스크로 작용하므로, 폴리스티렌의 주변부를 식각하였다. 여기서는, Cl2, HBr 및 O2를 사용하여 실리콘 기판을 식각하여 실리콘 기판 위에 나노 구조체를 형성하였다.
실험예 14 및 실험예 15의 실험결과
도 17은 본 발명의 실험예 14와 실험예 15에 따라 제조한 나노 구조체의 주사전자현미경 사진들과 반사율 그래프를 나타낸다. 즉, 도 17의 상측에는 실험예 14와 실험예 15에 따라 제조한 나노 구조체의 주사전자현미경 사진들을 나타내고, 도 17의 하측에는 그 반사율 그래프를 나타낸다.
본 발명의 실험예 14 및 실험예 15에서는 각각 측정한 나노 구조체의 형상은 하기의 표 2와 같았다. 여기서는 나노 구조체의 높이, 상면 직경, 하면 직경 및 피치를 측정하였다.
도 17의 하측의 그래프에 도시한 바와 같이, 나노 구조체의 길이가 클수록 광경로가 증가되어 광흡수율이 증가하였다. 그러나 쇼트키 접합 형성시 비표면적이 커져서 누설 전류가 증가하였다. 따라서 나노 구조체의 길이를 적절하게 조절할 필요가 있었다.
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 설명하였지만, 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
10. 기판 20, 23. 나노 구조체
30. 마스크층 40. 폴리스티렌
50. 대전체 60. 폴리싱 헤드
62. 폴리싱 플래튼 66. 슬러리
68. 알루미늄 산화물 100, 200, 300. 쇼트키 접합 디바이스
101. 판면 201. 하면
203. 측면 205. 상면
207. 실리콘 나노 로드 208. 비도전층
209. 도전층 221, 231. 비도전층
300. 커패시터 301. 개구부
601. 캐리어 필름 621. 폴리싱 패드
30. 마스크층 40. 폴리스티렌
50. 대전체 60. 폴리싱 헤드
62. 폴리싱 플래튼 66. 슬러리
68. 알루미늄 산화물 100, 200, 300. 쇼트키 접합 디바이스
101. 판면 201. 하면
203. 측면 205. 상면
207. 실리콘 나노 로드 208. 비도전층
209. 도전층 221, 231. 비도전층
300. 커패시터 301. 개구부
601. 캐리어 필름 621. 폴리싱 패드
Claims (17)
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 기판 위에 상호 이격된 폴리스티렌들을 제공하는 단계,
상기 기판을 식각하여 상기 폴리스티렌들을 각각 상면으로 가지는 복수의 상호 이격된 실리콘 나노 로드들을 형성하는 단계,
상기 상면을 화학적 기계 연마하는 단계, 및
상기 실리콘 나노 로드들 위에 도전층을 증착하는 단계
를 포함하고,
상기 상면을 화학적 기계 연마하는 단계는,
상기 기판 위에 콜로이드성 슬러리와 산화알루미늄 입자를 분산시키는 단계, 및
상기 기판을 연마하는 단계
를 포함하는 쇼트키 접합 디바이스의 제조 방법. - 삭제
- 제12항에 있어서,
상기 기판을 화학적 기계 연마하는 단계에서, 상기 연마 압력은 80pa 이하인 쇼트키 접합 디바이스의 제조 방법. - 제14항에 있어서,
상기 연마 압력은 20pa 내지 70pa인 쇼트키 접합 디바이스의 제조 방법. - 제12항에 있어서,
상기 실리콘 나노 로드들을 형성하는 단계에서, 상기 기판을 Cl2, HBr 및 O2를 포함하는 가스로 건식 식각하는 쇼트키 접합 디바이스의 제조 방법. - 제12항에서,
상기 폴리스티렌들을 제공하는 단계는,
상기 기판 위에 폴리스티렌들을 분산시키는 단계, 및
상기 분산된 폴리스티렌들을 가스 플라스마 처리하여 각 폴리스티렌의 직경을 감소시키는 단계
를 포함하는 쇼트키 접합 디바이스의 제조 방법.
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| KR101164113B1 (ko) * | 2011-03-31 | 2012-07-12 | 재단법인대구경북과학기술원 | 다직경 실리콘 와이어 구조체의 제조방법 |
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