KR101764642B1 - 실리콘 카바이드 박막, 이의 제조방법, 및 이를 이용한 트랜지스터 디바이스 - Google Patents

실리콘 카바이드 박막, 이의 제조방법, 및 이를 이용한 트랜지스터 디바이스 Download PDF

Info

Publication number
KR101764642B1
KR101764642B1 KR1020150110625A KR20150110625A KR101764642B1 KR 101764642 B1 KR101764642 B1 KR 101764642B1 KR 1020150110625 A KR1020150110625 A KR 1020150110625A KR 20150110625 A KR20150110625 A KR 20150110625A KR 101764642 B1 KR101764642 B1 KR 101764642B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
thin film
sic
silicon carbide
present
post
Prior art date
Application number
KR1020150110625A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170018139A (ko
Inventor
김영욱
김광주
Original Assignee
서울시립대학교 산학협력단
건국대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서울시립대학교 산학협력단, 건국대학교 산학협력단 filed Critical 서울시립대학교 산학협력단
Priority to KR1020150110625A priority Critical patent/KR101764642B1/ko
Publication of KR20170018139A publication Critical patent/KR20170018139A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101764642B1 publication Critical patent/KR101764642B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02123—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon
    • H01L21/02167—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material being a silicon carbide not containing oxygen, e.g. SiC, SiC:H or silicon carbonitrides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02266—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by physical ablation of a target, e.g. sputtering, reactive sputtering, physical vapour deposition or pulsed laser deposition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02587—Structure
    • H01L21/0259—Microstructure
    • H01L21/02595—Microstructure polycrystalline
    • H01L21/203—
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/324—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/82—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
    • H01L21/8213—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using SiC technology
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/78684—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film having a semiconductor body comprising semiconductor materials of Group IV not being silicon, or alloys including an element of the group IV, e.g. Ge, SiN alloys, SiC alloys

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Abstract

본 발명은 실리콘 기판 위에 라디오-주파수 마그네트론스퍼터링법(Radio-Frequency magnetron sputtering)을 이용하여 SiC 박막을 증착시키는 단계, 및 상기 제조된 SiC 박막을 후-열처리(post-annealing)시키는 단계를 거쳐 높은 p-타입전도성을 나타내는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 카바이드(Silicon Carbide, SiC) 박막과 이의 제조방법, 및 이를 이용한 실리콘 카바이드계 p-n 접합 트랜지스터 디바이스에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 섬아연광 구조를 가지며, p-형 전도성 특성을 나타내는 다결정 구조의 SiC 박막을 제조하였으며, 본 발명에 따라 제조된 p-형 전도성 특성을 나타내는 다결정 구조의 SiC 박막은 실온에서 높은 전기전도도를 가짐으로써, 다양한 반도체 재료에 유용하게 이용될 수 있다.

Description

실리콘 카바이드 박막, 이의 제조방법, 및 이를 이용한 트랜지스터 디바이스{Silicon carbide thin film, method for preparing thereof, and transistor devices using the same}
본 발명은 실리콘 카바이드 박막, 이의 제조방법, 및 이를 이용한 트랜지스터 디바이스에 관한 것으로, 상세하게는 라디오 주파수 마그네트론스퍼터링법을 이용하여 높은 p-형 전도성을 나타내는 실리콘 카바이드 박막과 이의 제조방법, 및 이를 이용한 트랜지스터 디바이스에 관한 것이다.
실리콘 카바이드(Silicon carbide, SiC) 재료들은 광범위한 기술 분야에 적용가능하기 때문에 긴 시간 동안 관심 있는 연구 분야였다. 실리콘 카바이드 세라믹은 높은 열 전도도, 우수한 기계적 강도를 가지며, 내산화성이 우수한 것으로 알려져 있고, 이러한 특성들로 인해 융합 반응기(fusion reactors), 열 변환, 가스 터빈, 및 고온-가스 필터와 같은 구조적 응용을 위해 선호되어 왔다. SiC 재료들은 고온, 고압, 및 높은 신호 주파수의 운영 효율에서 현재 사용하고 있는 Si-계 물질들보다 마이크로일렉트로닉 디바이스에 적용하는 데 유리한 것으로 알려져 있다.
SiC 화합물들은 밀접하게 쌓여있는 폴리타입(polytype)으로 존재하는데 Si와 C 원자는 테트라헤드럴 결합에 위치하게 되며, 테트라헤드론의 적층 규칙에 따라 실온에서 각각 2.4, 3.0, 3.2, 및 3.3 eV의 다른 밴드갭 에너지를 가지는 정육면체 3C 섬아연광(zincblende) 및 육방정계(hexagonal) 6H, 4H, 및 2H (wurtzite)와 같은 다양한 폴리타입을 가진다. 이러한 SiC 화합물들은 불순물, 빈 격자점(vacancies), 및 안티-사이트(anti-sites)와 같은 결정성 결함이 격자 내에 존재할 때, 다양한 전기 전도도 범위를 가지는 반도체 특성(n-형 또는 p-형)을 나타낼 수 있다.
높은 전도성을 가지는 n-형 또는 p-형 SiC 재료들은 집적 회로의 트랜지스터를 개발하는 데 있어 매우 중요하다. 지금까지, n-형 SiC 재료들에 대한 많은 연구들이 있어 왔는데, 예를 들어, 카본 사이트(site)에 질소 원자를 치환시킨(NC) 재료에서는 컨덕션(conduction) 밴드로 캐리어를 공급할 수 있는 공여 상태(donor states)들이 주도적으로 작용할 수 있다. 이러한 n-형 SiC의 비저항은 실온에서 ~10-2Ω·㎝ 정도의 낮은 값을 가지는 것으로 보고되고 있다.
한국공개특허 2011-0058014 한국공개특허 2011-0057185
K. J. Kim, K.-Y. Lim,Y.-W. Kim, and H. C. Kim, "Temperature Dependence of Electrical Resistivity (4-300 K) in Aluminum- and Boron-Doped SiC Ceramics", J. Am. Ceram. Soc.,96,2525-30 (2013).
본 발명의 목적은 높은 전도성 특성을 나타내는 p-형 실리콘카바이드(SiC) 박막을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 실리콘카바이드(SiC) 박막의 제조방법을 제공하는 데에도 있다.
추가적인 본 발명의 목적은 상기 실리콘카바이드(SiC) 박막을 반도체 재료로 이용하는 용도를 제공하는 데에도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘카바이드 (Silicon Carbide, SiC) 박막은 p-형 전도성을 나타내는 것을 특징으로 한다
상기 실리콘카바이드 박막은 다결정(polycrystalline) 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 실리콘카바이드 박막은 섬아연광 구조(zincblende structure)를 가지는 것일 수 있다.
상기 실리콘카바이드 박막의 두께는 50~400nm인 것일 수 있다.
상기 실리콘카바이드 박막의 전기 비저항은 실온에서 5.0x 10-4~1.0 x 10-2Ω·㎝ 의 범위를 가지는 것일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실리콘카바이드 박막은 실리콘 기판 위에 라디오-주파수 마그네트론스퍼터링법(Radio-Frequency magnetron sputtering)을 이용하여 SiC 박막을 증착시키는 단계, 및 상기 제조된 SiC 박막을 후-열처리(post-annealing)시키는 단계를 거쳐 제조될 수 있다.
상기 실리콘 기판은 반-절연(semi-insulation) 실리콘 기판이 바람직하다.
상기 라디오-주파수 마그네트론스퍼터링은 5x10-1 ~5 x 10-3Torr 압력의 아르곤 가스 하에서 수행되는 것이 바람직하다.
상기 SiC 박막의 증착시, 상기 기판은 회전시키면서 200~400℃까지 가열시키는 것이 바람직하다.
상기 후-열처리는 아르곤 가스 분위기에서 1200~1500℃에서 2~8시간 동안 수행되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 상기 p-타입 전도성을 나타내는 다결정 실리콘카바이드 박막을 이용한 실리콘카바이드계 p-n 접합 트랜지스터 디바이스 제조에 광범위하게 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 섬아연광 구조를 가지며, p-형 전도성 특성을 나타내는 다결정 구조의 SiC 박막을 제조하였다.
본 발명에 따른 상기 SiC 박막은 라디오 주파수 마그네트론스퍼터링법(radio-frequency magnetron sputtering)을 이용하여 SiC 박막을 증착시키고, 후-열처리시킴으로써 제조하였다.
본 발명에 따라 제조된 p-형 전도성 특성을 나타내는 다결정 구조의 SiC 박막은 실온에서 높은 전기전도도를 가짐으로써, 다양한 반도체 재료에 유용하게 이용될 수 있다.
도 1은 SiC 박막 샘플의 측면 SEM 사진이고,
도 2는 두께에 따른 SiC 박막 샘플의 XRD 패턴이고,
도 3은 300nm 두께의 SiC 박막 샘플의 라만 스펙트럼 결과이고,
도 4는 300nm 두께의 SiC 박막 샘플의 전기 비저항의 온도-의존성을 측정한 그래프이다.
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 높은 p-타입 전도성을 나타내는 다결정 실리콘카바이드 (Silicon Carbide, SiC) 박막과 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 실리콘카바이드 박막은 다결정(polycrystalline) 구조를 가지며, 섬아연광 구조(zincblende structure)를 가지는 것이 바람직하다.
이러한 섬아연광 구조는 X-선 회절 측정시 3C-SiC에 해당하는 피크로부터 이러한 구조를 확인할 수 있다. 이러한 섬아연광 구조는 본 발명의 실리콘 카바이드 박막의 후-열처리(post-annealing) 과정을 거침에 따라 얻어지는 결과이다.
상기 다결정 실리콘카바이드 박막은 50~400nm의 두께로 형성될 수 있으며, 박막 제조시 스퍼터링 시간을 조절하여 용도에 따라 소정의 두께로 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 다결정 실리콘카바이드 박막은 높은 전기전도도 특성을 가지는데, 실온에서의 전기 비저항이 5.0x 10-4 ~ 1.0 x 10-2Ω·㎝ 의 범위를 만족한다.
또한, 상기 전기 비저항 특성은 온도 의존성을 가지는데, 온도가 감소함에 따라 상기 전기 비저항 값은 증가하는 경향을 나타낸다.
이러한 본 발명에 따른 다결정 실리콘카바이드 박막은 라디오-주파수 마그네트론스퍼터링법을 이용하고, 후-열처리 과정을 거쳐 제조될 수 있다.
구체적으로는, 실리콘 기판 위에 라디오-주파수 마그네트론스퍼터링법(Radio-Frequency magnetron sputtering)을 이용하여 SiC 박막을 증착시키는 단계, 및 상기 제조된 SiC 박막을 후-열처리(post-annealing)시키는 단계를 거쳐 제조될 수 있다.
상기 실리콘 기판은 반-절연(semi-insulation) 실리콘 기판(100)을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 라디오-주파수 마그네트론스퍼터링은 5 x10-1 ~ 5 x 10-3Torr 압력의 아르곤 가스 하에서 수행되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 SiC 박막의 증착시, 상기 기판을 회전시키면서 200~400℃까지 가열시킴으로써 균일한 박막 두께가 얻어지도록 하는 것이 바람직하다.
상기 라디오-주파수 마그네트론스퍼터링 공정을 통하여 반절연 Si 기판 위에 약 50~400nm 두께의 SiC 박막을 얻게 된다. 상기 두께는 증착 시간을 적절히 조절하여 얻을 수 있으며, 이때 증착 시간은 60 ~ 600분이 바람직하다.
상기 얻어진 SiC 박막은 후-열처리 공정을 거쳐, 본 발명에 따른 섬아연광 구조를 가지는 박막을 얻게 된다. 상기 후-열처리 공정은 아르곤(Ar) 가스 분위기에서 1200~1500℃에서 2~8시간 동안 수행되는 것이 바람직하다.
상기와 같은 과정에 따라 제조된 본 발명의 SiC 박막은 높은 p-타입 전도성을 나타낸다. 따라서, 상기 p-타입 전도성을 나타내는 다결정 실리콘카바이드 박막을 이용하여 다양한 반도체 재료에 이용할 수 있다.
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
본 발명에서는 반-절연 Si(100) 기판 위에 라디오-주파수(13.5 MHz) 마그네트론스퍼터링을 이용하여 다결정 구조를 가지는 결정성 SiC 필름을 제조하였다. 상기 스퍼터링은 불순물 도핑이 없이 제조된 2 인치 SiC 타겟 위에 아르곤 가스를 1 x 10-2Torr의 압력 하에서 4시간 동안 수행하였다. 증착시키는 동안, 상기 기판을 400℃까지 가열시키고, 박막 두께가 균일하게 되도록 0.3 Hz로 회전시켰다. 전구체 필름을 아르곤 가스 분위기에서 1300℃에서 6시간 동안 후-열처리시켰다.
실험예1 : SEM 구조확인
다음 도 1은 후열처리 공정을 거친 다음, Si(100) 기판 위의 SiC 필름의 측면도를 측정한 주사전자현미경 사진이다.
실험예2 : X-선 회절 구조확인
상기 샘플의 결정 구조 확인을 위해 고정 입사빔 각도 4o인 grazing-incidence manner의 CuKa선을 가지는 X-선 회절 분석을 하였다.
다음 도 2에 스퍼터링 시간을 다르게 하여 제조된 서로 다른 두께를 가지는 SiC 필름의 X-선 회절 분석 패턴을 나타내었다.
X-선 회절 분석패턴에서 관찰되는 피크들은 섬아연광(zincblende) 구조에 해당되는 3C-SiC와 관련된 것들이다. 이러한 회절 피크들은 후-열처리 과정을 거치기 이전의 필름들에서는 발견되지 않았던 것이다. 상기 필름에서 계산된 격자 상수는4.355Å이며, 이는 벌크 상태의 3C-SiC (4.359Å in JCPDS 29-1129)의 참조 값보다는 다소 작은 것이다. 약 33.7o(*로 표시된 부분)에서 관찰되는 작은 회절 피크는 적층 순서에서의 무질서로 인해 생기는 평면적 결함과 같은 적층 결함(stacking faults)의 존재로 인한 것으로 설명되어 왔다. 그러나, 육방정계 구조의 SiC에 대한 흔적은 XRD 패턴에서는 관측되지 않았다.
실험예3 : 라만 분석
514nm의 파장을 가지는 아르곤 이온 레이저를 이용하여 라만 분광측정을 수행하였다. SiC 샘플의 캐리어 밀도, 캐리어 이동도 및 전기 비저항과 같은 전기적 파라미터들을 측정하기 위하여, van der Pauw technique 을 이용하여 실온에서 Hall-effect 측정을 수행하였다. 측정을 위해 사각 모양의 시편 면(10mm x 10 mm)에 대하여 수직 방향으로 가해진 외부 자기장은 1T(테슬라)였다.
다음 도 3을 참조하면, 약 797 과 965 cm-1에서 관찰된 라만 피크들은 각각 횡단-광학(transverse-optical, TO) 포논과 종단-광학(longitudinal-optical, LO) 포논에 해당되며, 이는 3C-SiC 상(phase)의 부릴루앙 영역(Brillouin-zone, BZ) 중심(파수(wavenumber) k = 0인 G-점)에서의 피크이다. 약 520 cm-1에서의 피크는 Si 기판에 의한 것이며,상기 TO와 LO 모드는 다이아몬드 구조인 경우 파수 k=0에서 TO와 LO 모드의 에너지가 같아진다.
단결정 3C-SiC 샘플의 것과 비교하여, 다음 도 3에서 화살표로 표시한 것과 같이 SiC 필름의 TO와 LO 피크의 비대칭 형태로부터 TO(G) 와 LO(G) 피크들보다 낮은 k 값을 나타내는 ~760과 ~900cm-1 근처에서 추가적인 라만 산란(TO(X) 및 LO(X))의 존재를 유추할 수 있다. 구조적 질서를 가지는 3C-SiC 화합물의 경우, 운동량 보존(momentum conservation)이 쉽게 만족되며, 이런 경우 관측될 수 있는 대부분의 라만 산란은 k=0 근처의 포논 모드들에 의한 것이다.
그러나, Dk = 0 선택 규칙(selection rule)은 구조적 무질서를 가지는 화합물에서는 완화될 수 있다. 따라서, BZ 중심에서 벗어난 지역에 존재하는 광학 포논들은빈격자점(vacancies, VSi와 VC), 안티-사이트(anti-sites, CSi와 SiC) 등과 같은 결정성 결함들이 많이 존재하는 작은 크기의 SiC 결정들에서 나타나는 라만 산란에 기여할 가능성이 있다.
따라서, 760-cm-1 및 900-cm-1 라만 산란들은 도 3의 X-점 같은 BZ 지역에서의 TO와 LO 모드(TO(X) 와 LO(X))로 이해할 수 있다. 3C-SiC 화합물에 대한 이론적 포논 밴드 구조 계산에 따르면, TO 및 LO 모드 모두 높은 광학 포논 상태 밀도를 가지며, 그 포논 에너지는 BZ 중심근처에서의 값보다 BZ 가장자리 근처에서의 값이 더 작다. 이러한 낮은 에너지의 TO및 LO 피크의 근원은 3C-SiC 재료들에서 무질서하게 분포된 적층 결함으로 설명할 수 있다.
라만 스펙트럼은 또한, 높은 파수(k> 1000 cm-1)에서도 발견되었다. 약 1520 과 1600 cm-1에서의 라만 피크들은 각각 2TO(X) 와 2TO(G), 즉 두 TO 포논의 기여에 의한 것으로 설명될 수 있다. 또한, 1330 cm-1에서의 피크는 다이아몬드 결정의 k = 0에서 에너지가 같게 된 광학 포논 모드(TO+LO) 와 일치한다. 이로부터, 필름 내에 다이아몬드와 같은 sp 3 카본 클러스터가 존재하는 것을 알 수 있다. 이러한 다이아몬드와 유사한 클러스터들은 3C-SiC에서 탄소 안티-사이트(CSi)의 형성이 그 원인이 될 수 있다.
라만 측정법은 단범위 규칙(short-range order)을 가지는 결정성 재료에 대하여 우수한 측정 감도를 가지며, 따라서 본 발명의 SiC 필름에서 C-관련 결함의 존재를 관측하는데 효율적으로 사용될 수 있다. CSi 안티-사이트는 전기적으로는 비활성이며(inactive), 탄소가 풍부한 섬아연광 SiC 재료에 많이 존재하는 것으로 알려져 있다.
실험예4 : 온도에 따른 전기 비저항 분석
온도 변화에 따른 전기 비저항의 변화는 4He 크라이오스탯(cryostat, PPMS-9, Quantum DesignTM, San Diego, CA, USA) 내에서 막대-형태의 시편(1 mm x 10 mm)을 이용하여 4~300K의 온도 범위에서 측정하였으며, 각 온도 구간 (= 1 K)에서 온도를 안정화시킨 다음, 1mA의 전류를 공급하여 수행하였다.
본 발명의 다결정 SiC 필름은 실온에서 전기 비저항이 2.8x10-3Ω·㎝ (300nm 두께의 필름의 경우)으로 높은 전기전도성을 나타내는 것으로 관찰되었다.
같은 시료에 대한 홀 효과 측정(Hall-effect measurements)시 캐리어 밀도와 캐리어 이동도가 각각 2.2x1019cm-3와 1.0x102 cm2·V-1·s-1로 관측된 p-형 특성을 나타내었다.
스퍼터링과 SiC 필름의 후-열처리 공정에서 의도적 불순물(intentional impurity)이 없는 것을 감안하면, 상기 p-형 특성은 실리콘 공공(silicon vacancies, VSi)에 의한 것으로 이해될 수 있다. 본 발명의 SiC 필름과 같이 탄소-리치 입방정 SiC(Carbon-rich cubic SiC) 구조는 p-형 특성을 나타내는데 적합한 것으로 예상할 수 있다. 원자가 전자에 대한 억셉터(acceptor)로서 VSi의 역할은 많은 이론적 연구들로부터 예측되었다.
다음 도 4는 두께 300nm인 본 발명의 SiC 필름의 전기 비저항에 대한 온도의존성을 나타낸 것이다. 온도가 감소함에 따라 비저항 값이 증가하여 4K에서는 0.4 Ω·㎝ 까지 도달하는 것을 알 수 있다. 이는 300K에서의 값보다 ~102 배 정도로 더 커진 것이다.
이러한 결과로부터, 본 발명에서는 높은 전도성을 나타내는 p-형 SiC 박막을 성공적으로 제조하였다.
또한, 본 발명에 따른 p-형 SiC 박막은 SiC-계 p-n 접합 및 이를 이용한 다양한 반도체 재료, 예를 들어 트랜지스터 디바이스 등의 개발에 광범위하게 적용될 것으로 기대할 수 있다.

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 반-절연(semi-insulation) 실리콘 기판 위에 라디오-주파수 마그네트론스퍼터링법(Radio-Frequency magnetron sputtering)을 이용하여 5 x 10-1 ~ 5 x 10-3Torr 압력의 아르곤 가스 하에서 60~600분간 수행되며, 상기 실리콘 기판을 0.3Hz로 회전시키면서 200~400℃까지 가열하여 SiC 박막을 증착시키는 단계, 및
    상기 증착된 SiC 박막을 아르곤 가스 분위기에서 1300 ~ 1500℃에서 2~8시간 동안 수행하는 후-열처리(post-annealing) 단계;를 포함하고, P-타입 전도성을 나타내는, 실리콘 카바이드 박막의 제조방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제6항에 따른 실리콘 카바이드 박막의 제조방법으로 제조 되며, 상기 실리콘 카바이드 박막의 비저항은 실온에서 5.0x 10-4 내지 1.0x 10-2 Ω·㎝인 것을 특징으로 하는, 실리콘 카바이드(polysilicon carbide, SiC)박막.
  11. 삭제
KR1020150110625A 2015-08-05 2015-08-05 실리콘 카바이드 박막, 이의 제조방법, 및 이를 이용한 트랜지스터 디바이스 KR101764642B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150110625A KR101764642B1 (ko) 2015-08-05 2015-08-05 실리콘 카바이드 박막, 이의 제조방법, 및 이를 이용한 트랜지스터 디바이스

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150110625A KR101764642B1 (ko) 2015-08-05 2015-08-05 실리콘 카바이드 박막, 이의 제조방법, 및 이를 이용한 트랜지스터 디바이스

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170018139A KR20170018139A (ko) 2017-02-16
KR101764642B1 true KR101764642B1 (ko) 2017-08-07

Family

ID=58265010

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150110625A KR101764642B1 (ko) 2015-08-05 2015-08-05 실리콘 카바이드 박막, 이의 제조방법, 및 이를 이용한 트랜지스터 디바이스

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101764642B1 (ko)

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI380455B (en) 2009-09-09 2012-12-21 Univ Nat Taiwan Thin film transistor
JP5347890B2 (ja) 2009-10-09 2013-11-20 ソニー株式会社 画像処理装置および方法、並びにプログラム

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170018139A (ko) 2017-02-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Cho et al. Antisite defects of Bi 2 Te 3 thin films
WO2008109564A1 (en) Complex oxides useful for thermoelectric energy conversion
Zhang et al. Recent progress of boron nitrides
Brinks et al. Enhanced thermoelectric power factor of NaxCoO2 thin films by structural engineering
US6217842B1 (en) Single crystal SIC and method of producing the same
Tang et al. Structural and electrical properties of Li-doped p-type ZnO thin films fabricated by RF magnetron sputtering
Luo et al. Study on the growth of Al-doped ZnO thin films with (112 [combining macron] 0) and (0002) preferential orientations and their thermoelectric characteristics
Sultan et al. Electrical and magnetic properties of the pulsed laser deposited Ca doped LaMnO 3 thin films on Si (100) and their electronic structures
Asghar et al. Effect of substrate temperature on the structural and electrical properties of MBE grown ZnO
Tani et al. Electrical properties of Mg2Si thin films on flexible polyimide substrates fabricated by radio-frequency magnetron sputtering
Lee et al. X‐ray absorption spectroscopic studies of sputter‐deposited LaNiO3 thin films on Si substrate
KR101764642B1 (ko) 실리콘 카바이드 박막, 이의 제조방법, 및 이를 이용한 트랜지스터 디바이스
Zhang Properties of topological insulator Bi 2 Se 3 films prepared by thermal evaporation growth on different substrates
Wang et al. Recent advances in the growth of Bi–Sb–Te–Se thin films
Song et al. Microstructures and thermoelectric properties of p-type Bi x Sb 2− x Te 3 thin films with various compositions
Song et al. Post-annealing Effect on Microstructures and Thermoelectric Properties of Bi 0.45 Sb 1.55 Te 3 Thin Films Deposited by Co-sputtering
Hullavarad et al. Homo-and hetero-epitaxial growth of hexagonal and cubic MgxZn1− x O alloy thin films by pulsed laser deposition technique
Yao et al. Growth and photoluminescence studies of AlN thin films with different orientation degrees
Zhao et al. Large-area 2D bismuth antimonide with enhanced thermoelectric properties via multiscale electron–phonon decoupling
Rong-Bin et al. Co-doping of diamond with boron and sulfur.
Dillemans et al. Epitaxial growth of V2O3 on Al2O3 by reactive MBE
Kim et al. Highly Conductive p‐Type Zinc blende SiC Thin Films Fabricated on Silicon Substrates by Magnetron Sputtering
Shiraishi et al. Room-Temperature Epitaxial Growth of (Li, Ni) O Thin Film with Li Content up to 60 mol%
Hiroi et al. Thickness dependence of thermal conductivity and electron transport properties of Fe2VAl thin-films prepared by RF sputtering technique
Paneerselvam et al. SiC Thin Film Growth on Different Substrates using Pulsed Nd^ sup 3+^: YAG Laser Deposition

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right