KR20150125154A - growth control method of Au droplets on GaAs substrate - Google Patents

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KR20150125154A
KR20150125154A KR1020140051925A KR20140051925A KR20150125154A KR 20150125154 A KR20150125154 A KR 20150125154A KR 1020140051925 A KR1020140051925 A KR 1020140051925A KR 20140051925 A KR20140051925 A KR 20140051925A KR 20150125154 A KR20150125154 A KR 20150125154A
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gaas
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이지훈
김은수
이명옥
모수
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광운대학교 산학협력단
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Abstract

According to an aspect of the present invention, provided is a method for growth control of Au droplets on a GaAs substrate depositing Au droplets on a GaAs substrate by self-formation in a vacuum plasma ion coating chamber by pulsed laser deposition. Any one feature among average height, diameter of side surface, density, and surface roughness of a nanostructure of the deposited Au droplets is controlled by thermal treatment temperature or amount of Au deposition in a deposition process.

Description

GaAs 기판상에 Au방울 성장 제어방법{growth control method of Au droplets on GaAs substrate}[0001] The present invention relates to a growth control method of Au droplets on a GaAs substrate,

본 발명은 GaAs 기판상에 Au 방울의 성장을 제어하는 방법 및 이를 이용한 Au 증착 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of controlling the growth of Au droplets on a GaAs substrate and a method of depositing Au using the method.

최근, 나노입자에 대한 관심이 증가하고 있다. 예를 들어, 우수한 광전자적 특성을 가진 일반적인 나노물질로서 금 입자는 감지 범위, 최적화의 특성 및 감도 향상으로 인해 센서 분야에서 널리 사용되어왔다 또한, 금 입자는 에피택시 성장 메커니즘을 통한 많은 놀라운 특성을 갖는 1차원 나노구조체, 예를 들어, 나노 기둥 및 나노선을 촉매화 하는 성능으로도 주목을 받고 있다.Recently, interest in nanoparticles is increasing. For example, as a general nanomaterial with excellent optoelectronic properties, gold particles have been widely used in the sensor field due to their sensitivity range, optimization characteristics and sensitivity enhancement. Moreover, gold particles have many surprising properties through the epitaxial growth mechanism Has attracted attention as a catalyst for catalyzing one-dimensional nanostructures, for example, nanopillars and nanowires.

나노선은 실리콘 웨이퍼 상에 Au, Ni, Cu 등과 같은 금속 촉매 물질을 원료 물질과 서로 반응시켜 고용 합금(eutectic alloy)을 형성하며, 금속 촉매 물질에 원료 물질인 수소(H2)가 희석된 모노 실란(mono-silane, SiH4)이나 테트로클로로실란(SiCl4)을 전조자(precursor)로 이용하여 과포화시 석출되는 과정을 통해 나노선이 제작된다. The nanowire is formed by reacting a metal catalyst material such as Au, Ni, Cu or the like with a raw material on a silicon wafer to form an eutectic alloy, and adding a monosilane the nanowires are produced through the process of precipitation upon supersaturation using mono-silane (SiH 4) or tetrochlorosilane (SiCl 4) as precursors.

VLS (vapor-liquid-solid)성장에 있어서, 기체상 원자는 액체상의 금속 Au 방울로 선택적으로 흡수되어 기판상에 촉매 합금 방울을 형성할 수 있다. 계면에서의 보다 큰 표면 흡착 확률로 인해 과포화 촉매 합금 방울로부터 나노선의 핵생성 및 성장은 기체-액체 계면에서 일어날 수 있다. 이러한 나노선의 밀도, 길이 및 직경 및 성장률의 제어는 금속 Au 방울의 밀도, 길이 및 직경에 의해 변화될 수 있다.In vapor-liquid-solid (VLS) growth, the gaseous atoms can be selectively absorbed by metallic Au droplets in the liquid phase to form catalyst alloy droplets on the substrate. Nucleation and growth of nanowires from supersaturated catalytic alloy droplets can occur at the gas-liquid interface due to the greater surface adsorption probability at the interface. The control of the density, length and diameter and growth rate of such nanowires can be varied by the density, length and diameter of the metal Au drops.

다양한 용도의 원하는 나노선의 생성을 위해서는 이러한 Au 방울 성장에 따른 크기, 밀도 높이에 대한 제어 특성이 요구된다.In order to produce a desired nanowire for various purposes, control characteristics for the size and density height due to the growth of Au droplets are required.

금을 촉매로 증착하여 실리콘 나노선을 제조하는 방법에 대한 종래 기술로는 국내 등록 특허공보 10-1287611호에 개시된다.A conventional technique for manufacturing silicon nano-wire by depositing gold with a catalyst is disclosed in Korean Patent Registration No. 10-1287611.

국내 등록 특허공보 10-1287611호[실리콘 나노선의 제조 방법]Korean Registered Patent No. 10-1287611 [Method of producing silicon nanowire]

본 발명은 GaAs 상에 열처리 조건 변화 및 증착량 변화에 따른 자발-형성 Au 방울의 크기, 밀도 및 표면거칠기 등에 대한 제어방법을 제공하는 것이다.The present invention provides a control method for size, density and surface roughness of spontaneously-formed Au droplets according to changes in heat treatment conditions and deposition amounts on GaAs.

본 발명의 일 측면에 따르면, GaAs 기판상에 펄스 레이즈 증착법에 의해 진공 플라즈마 이온 코팅 챔버하에서 Au 방울을 자발-형성방법으로 증착하는 Au 증착 방법에 있어서, 상기 증착된 Au 방울의 나노 구조물에 대한 평균 높이, 측면 직경, 밀도 및 표면거칠기 중 어느 하나 이상의 특성을 증착 과정의 열처리 온도 또는 Au 증착량에 의하여 제어하는 GaAs 기판상에 Au 방울 성장 제어방법이 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided an Au deposition method for depositing Au droplets by a spontaneous-formation method under a vacuum plasma ion deposition chamber on a GaAs substrate by a pulse laser deposition method, There is provided a method of controlling Au growth on a GaAs substrate which controls at least one of height, side diameter, density and surface roughness by heat treatment temperature or deposition amount of Au in the deposition process.

또한, 상기 열처리 온도에 의하여 제어하는 것은, 상기 Au 증착량을 2 nm ~ 20 nm 중 어느 하나의 일정 두께로 증착한 후에, 상기 열처리 온도는 100 ~ 550℃ 범위에서 목표 온도로 제어하는 것을 특징으로 한다.The control of the annealing temperature may be performed by controlling the annealing temperature to a target temperature in the range of 100 to 550 ° C. after depositing the Au deposition amount to a predetermined thickness of 2 nm to 20 nm, do.

또한, 상기 열처리 온도에 의하여 제어하는 것은, 상기 열처리 온도가 상승되면, 상기 평균 높이, 측면 직경은 커지고 상기 밀도가 작아지는 특성을 이용하여 제어하는 것을 특징으로 한다.The control by the heat treatment temperature is performed by using the characteristic that the average height and the side diameter are increased and the density is decreased when the heat treatment temperature is raised.

또한, 상기 측면 직경과 관련된 확산 거리(lD)는 다음 식에 의하여 연산되는 것을 특징으로 한다.Further, the diffusion distance l D related to the side diameter is calculated by the following equation.

Figure pat00001
,
Figure pat00002
Figure pat00001
,
Figure pat00002

(여기서 D는 표면확산계수이고 T는 원자의 잔류시간이며, Tsb은 어닐링 온도(Ta)에 해당되는 것임)(Where D is the surface diffusion coefficient, T is the residence time of the atom, and T sb is the annealing temperature Ta)

또한, 상기 밀도는 상기 확산 거리(lD)가 증가하는 것에 비례하여 감소하는 것을 특징으로 한다.Further, the density is reduced in proportion to the increase of the diffusion distance l D.

또한, 상기 증착된 Au 방울이 균일성을 갖는 돔 형태의 특징을 가지도록 형성하기 위하여 상기 열처리 온도를 400℃ 내지 550℃ 범위에서 제어하는 것을 특징으로 하는 GaAs 기판상에 Au 방울의 성장 제어방법In addition, in order to form the deposited Au droplets so as to have a dome-like characteristic having uniformity, the heat treatment temperature is controlled in the range of 400 ° C to 550 ° C.

또한, 상기 증착된 Au 방울의 표면이 물결 모양 형태의 나노 구조 특징을 가지도록 형성하기 위하여 상기 열처리 온도를 250℃ 내지 250℃ 범위에서 제어하는 것을 특징으로 한다.The annealing temperature may be controlled in a range of 250 to 250 ° C so that the surface of the deposited Au droplet has a wavy nanostructured characteristic.

또한, 상기 열처리 온도에 의하여 제어하는 것은, 상기 열처리 온도 400℃ ~ 550℃ 범위 내에서 상기 열처리 온도가 1℃ 상승시마다 26.5 ~ 27.4 × 106 - 2비율로 밀도가 감소하는 특징에 의하여 제어하는 것을 특징으로 한다.The control by the heat treatment temperature is controlled by the characteristic that the density is reduced in the range of 26.5 to 27.4 x 10 < 6 > cm & lt ; 2 > .

또한, 상기 Au 증착량에 의하여 제어하는 것은, 상기 Au 증착량을 2 ~ 20nm 범위에서 증착 제어를 수행한 후에 PLD 챔버에서 1 ×10-4 Torr 미만의 진공하에서 온도 823K에서 열처리 과정을 포함하여 제어하는 것을 특징으로 한다.The control of the deposition amount of Au by the deposition amount of Au is performed by controlling the deposition amount of the Au in the range of 2 to 20 nm and then performing a heat treatment process at a temperature of 823 K under a vacuum of less than 1 x 10 -4 Torr in a PLD chamber .

또한, 상기 Au 증착량에 의하여 제어하는 것은, 상기 표면거칠기는, 상기 Au 증착량이 2nm ~ 9 nm 범위에서는 1nm Au 증착 당 평균 3.086 nm(표면 상태를 근 평균 제곱으로 연산된 수치임)의 증가율로 증가되며, 상기 Au 증착량이 9nm를 초과하여 20nm까지의 범위에서는 1nm 증착 당 평균 0.809 nm(표면 상태를 근 평균 제곱으로 연산된 수치임)의 감소율로 감소되는 특성으로 상기 표면거칠기를 제어하는 것을 특징으로 한다.It is to be noted that the surface roughness is controlled by the deposition amount of Au in the range of 2 nm to 9 nm in the case of the deposition amount of Au of 3.086 nm per 1 nm Au deposition (the surface state is a value calculated by the root mean square) And the surface roughness is controlled by the characteristic that the average deposition amount per 1 nm of deposition is decreased to a reduction rate of 0.809 nm (the surface state is a value calculated by the root mean square) in the range of the deposition amount of Au exceeding 9 nm to 20 nm .

또한, 상기 Au 증착량에 의하여 제어하는 것은, 상기 Au 증착량이 2 ~ 6 nm 범위에서는 1.9 × 109/㎠ ~ 4.48 1010 범위의 밀도를 가지는 원형 돔-형태의 미니 방울이 생성되며, 상기 Au 증착량이 10 ~ 20 nm 이상의 범위에서는 6.1 × 108 ~ 1.12 × 108 범위의 저밀도를 가지는 큰 Au 방울이 형성되는 특성을 이용하여 상기 밀도를 제어하는 것을 특징으로 한다.The control by the deposition amount of Au is such that circular dome-shaped mini droplets having a density in the range of 1.9 × 10 9 / cm 2 to 4.48 10 10 are produced in the range of the Au deposition amount in the range of 2 to 6 nm, In the range of 10 to 20 nm or more, 6.1 10 8 to 1. 12 X 10 < 8 > and a large Au droplet having a low density in the range of 10 < 8 >

또한, 상기 Au 증착량에 의하여 제어하는 것은, 상기 Au 증착량이 2nm으로부터 20 nm까지 변화될 때, 형성되는 Au 방울의 상기 평균 높이는 상기 증착량 2nm의 평균 높이에 4.26배 증가하고, 상기 Au 방울의 측면 직경은 상기 증착량 2nm의 측면 직경의 8.25배 증가하는 특성을 이용하여 제어하는 것을 특징으로 한다.
Further, the control of the deposition amount of Au by the Au deposition amount is such that when the deposition amount of Au is changed from 2 nm to 20 nm, the average height of the Au droplets to be formed is increased 4.26 times to the average height of the deposition amount of 2 nm, And the lateral diameter is controlled to be 8.25 times the lateral diameter of the deposition amount of 2 nm.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, Au 방울 및 병합된 Au 나노구조를 포함하여 자발-형성 Au 나노구조의 면밀한 진화과정을 GaAs 상에 증착된 Au의 증착량을 체계적으로 변화시키면서 각 제어 조건에 따른 Au 제어 특징들을 도출하여 제시될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the detailed evolution of the spontaneously-formed Au nanostructures, including Au droplets and incorporated Au nanostructures, can be achieved by systematically varying the deposition amount of Au deposited on GaAs, Au control features.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 고정된 증착량 하에서 열처리 온도를 변화시킴에 의하여 GaAs 상에 원하는 Au 방울의 나노구조를 얻을 수 있는 Au 증착량(deposition amount)에 대한 체계적인 제어 특징이 제시될 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, a systematic control characteristic on the deposition amount of Au to obtain a desired nano structure of Au droplets on GaAs by changing the heat treatment temperature under a fixed deposition amount is presented .

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 전술한 Au 증착량 변화에 따른 패턴의 변화요소를 GaAs 상에 증착되는 Au 방울의 제어 인자로 활용하여 Au 증착에 따른 제조 공정상의 성장 제어 방법으로 활용할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the variation element of the pattern according to the variation of the amount of Au deposition described above can be utilized as a growth control method in the manufacturing process according to the deposition of Au by using it as a control factor of Au droplet deposited on GaAs.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, GaAs 상에 고정된 열처리 온도 하에서 Au 증착량을 제어하는 것에 의하여 요구되는 크기 및 밀도, 표면거칠기의 특성을 갖는 Au 방울을 제조할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, Au droplets having the size, density, and surface roughness characteristics required by controlling the amount of Au deposition under a fixed heat treatment temperature on GaAs can be manufactured.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 전술한 열처리 변화에 따른 패턴의 변화요소를 GaAs 상에 증착되는 Au 방울의 제어 인자로 활용하여 Au 증착에 따른 제조 공정상의 성장 제어 방법으로 활용할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the pattern change factor according to the above-described heat treatment change can be utilized as a growth control method in the manufacturing process according to the Au deposition by using the change factor as the control factor of the Au droplet deposited on the GaAs.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, GaAs 상에 고정된 증착량 하에서 열처리 온도를 제어하는 것에 의하여 요구되는 크기 및 밀도의 특징을 Au 방울을 성장시켜서 제조할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to fabricate a feature of size and density required by controlling the heat treatment temperature under the deposition amount fixed on GaAs by growing Au droplets.

도 1은 GaAs 상에 자발 - 형성된 Au 방울의 증착 두께에 따른 성장 형태를 도시한 것이다.
도 2 내지 3은 본 발명의 일 실시 예에 의한 GaAs(111)B 상의 자발-형성된 Au 방울의 증착량이 2 내지 4 nm에서 표면 변화 패턴을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 각 증착량에 대한 GaAs(111)B 상에 생성된 자발-형성된 Au 방울의 크기 및 밀도를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 6 내지 20 nm의 증착량에 따른 GaAs(111)B 상의 자발-형성된 Au 방울의 변화를 도시한 것이다.
도 6은 각 증착량에 대한 큰 규모 면적의 SEM 이미지를 도시한 것이다.
도 7~ 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 증착량 변화에 의한 GaAs(110) 상에서의 자발-형성된 Au 방울의 진화 패턴을 보여준다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 GaAs(111)A 상의 자발-형성된 Au 방울의 제조 공정상 열처리 온도에 따른 변화를 도시한 것이다.
도 11은 250℃ 내지 350℃ 범위의 열처리 온도(Ta)의 변화에 의해 유발된 GaAs (111)A 상의 자발-형성된 Au 입자의 나노구조를 도시한 것이다.
도 12는 400℃ 내지 550℃의 열처리 온도에 따른 GaAs (111)A 상에서의 자발-형성된 Au 방울의 진화 패턴을 도시한 것이다.
도 13은 400℃ 내지 550℃의 열처리 온도에 따른 GaAs 각 기판상에서 자발-형성된 Au 방울의 크기 및 밀도를 도시한 그래프이다.
도 14는 250℃ 내지 550℃ 범위의 열처리 온도 변화에서 기여된 GaAs (110) 상의 자발-형성된 Au 방울의 진화과정을 도시한 것이다.
도 15는 GaAs (100) 상의 자발-형성된 Au 방울의 진화과정을 나타낸다.
도 16은 GaAs (111) B 상의 자발-형성된 Au 방울의 진화과정을 나타낸다.
Figure 1 shows growth patterns of spontaneously-formed Au droplets on GaAs according to the deposition thickness.
FIGS. 2 to 3 show the surface change pattern at a deposition amount of spontaneously formed Au droplets on GaAs (111) B of 2 nm to 4 nm according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 illustrates the size and density of spontaneously formed Au droplets formed on GaAs (111) B for each deposition amount according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 shows the variation of spontaneously-formed Au drops on GaAs (111) B according to the deposition amount of 6-20 nm according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 shows a SEM image of a large area for each deposition amount.
FIGS. 7-9 show evolution patterns of spontaneously formed Au droplets on GaAs (110) by deposition amount variation according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a graph showing changes in spontaneous-formed Au droplets on GaAs (111) A according to an annealing temperature in the manufacturing process according to an embodiment of the present invention.
11 shows the nanostructure of spontaneously formed Au particles on GaAs (111) A induced by a change in the heat treatment temperature (Ta) in the range of 250 < 0 > C to 350 < 0 > C.
Figure 12 shows the evolution pattern of spontaneously formed Au droplets on GaAs (111) A with a heat treatment temperature of 400 ° C to 550 ° C.
FIG. 13 is a graph showing the size and density of spontaneously-formed Au droplets on a GaAs substrate according to a heat treatment temperature of 400 ° C to 550 ° C.
Figure 14 illustrates the evolution of spontaneously formed Au droplets on GaAs (110) contributed by a heat treatment temperature change ranging from 250 ° C to 550 ° C.
Figure 15 shows the evolution of spontaneously formed Au droplets on GaAs (100).
Figure 16 shows the evolution of spontaneously formed Au droplets on GaAs (111) B.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, GaAs의 각 기판 (111)A, (110), (100) 및 (111)B 상에 열처리 조건 변화에 따른 자발-형성 Au 방울의 제어방법을 제공한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of controlling spontaneously-formed Au droplets on the substrates 111 A, 110, 100, and 111 B of GaAs according to changes in heat treatment conditions.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 일 실시 예에서 "AH"는 GaAs 상에 생성된 자발-형성된 Au 방울의 평균 높이를 의미하며, "LD"는 GaAs 상에 생성된 자발-형성된 Au 방울의 평균 측면 직경을 의미한다. 도한, "AD"는 GaAs 상에 생성된 자발-형성된 Au 방울의 평균 밀도를 의미한다.In one embodiment of the present invention, "AH" means an average height of spontaneously formed Au droplets formed on GaAs, and "LD" means an average side diameter of spontaneously formed Au droplets formed on GaAs. "AD" means the average density of spontaneously formed Au droplets formed on GaAs.

본 발명에서 표면 거칠기(Rq)는 방울 진화에 의해 유도된 표면 상태를 근 제공 평균(root mean squared, RMS)으로 연산된 수치를 의미한다.In the present invention, the surface roughness (R q ) means a value calculated by root mean squared (RMS) of the surface state induced by the droplet evolution.

도 1은 GaAs 상에 자발 - 형성된 Au 방울의 성장 형태를 도시한 것이다. Figure 1 shows the growth of spontaneously-formed Au droplets on GaAs.

도 1(a)은 Au 증착 전의 GaAs(111)B 표면을 도시한 것이며, 도 1 (a-1)은 단면 표면 라인 프로파일을 나타낸 것이다. 1 (a) shows a GaAs (111) B surface before Au deposition, and Fig. 1 (a-1) shows a cross-sectional surface line profile.

도 1(b)은 20 nm Au 증착 후 GaAs(111)B 표면을 도시한 것이다. 1 (b) shows a GaAs (111) B surface after 20 nm Au deposition.

증착량은 2 내지 20 nm의 범위로 효과를 보여주기 위하여 체계적으로 변화하였고, 20 nm의 증착량 후 표면은 매우 매끄러운 표면형태를 보였다. Deposition amounts varied systematically to show an effect in the range of 2 to 20 nm, and the surface showed a very smooth surface morphology after deposition of 20 nm.

도 1(c)은 823 K에서 체계적 열처리 후, 3 nm 증착량으로 생성된 자발-형성된 Au 방울을 도시한 것이다.Figure 1 (c) shows the spontaneously formed Au droplets generated at a deposition of 3 nm after a systematic heat treatment at 823K.

도 1(d)은 823 K의 열처리와 함께, 12 nm 증착량으로 생성된 자발-형성된 Au 방울을 도시한 것이다. Figure 1 (d) shows spontaneously formed Au droplets produced with a deposition amount of 12 nm, with a heat treatment of 823 K.

도 1에 있어서, 도 1(a) ~ d)의 AFM side view는 1×1㎛이다.In Fig. 1, the AFM side view of Figs. 1 (a) to 1 (d) is 1 x 1 m.

도 1 ((a-1) ~ (d-1)은 각각 단면 표면 라인 프로파일을 나타낸 것이다. 1 ((a-1) to (d-1) show cross-sectional surface line profiles, respectively.

도 1을 참조하면, 동일한 성장 조건하에서 자발-형성된 Au 방울은 Au 증착량에 따라 크기 및 밀도에 있어서 현저한 차이가 있음을 알 수 있다.
Referring to FIG. 1, it can be seen that the spontaneously-formed Au droplets under the same growth conditions have a significant difference in size and density depending on the amount of Au deposition.

본 발명의 일 실시 예에 따른 GaAs 표면상에 자발-형성된 Au 방울의 제조는 펄스 레이저 증착법 (PLD) 시스템을 적용하고 다음 공정으로 진행된다.The fabrication of the spontaneously-formed Au droplet on the GaAs surface according to an embodiment of the present invention applies a pulse laser deposition (PLD) system and proceeds to the next step.

먼저, GaAs(111)B 및 (110) 기판은 우수한 열전도로 인해 인코넬 샘플 홀더에 인듐과 나란히 결합된다.First, the GaAs (111) B and (110) substrates are bonded side by side to the Inconel sample holder due to the good thermal conduction.

다음, 탈기체화 공정이 623 K에서 30분 동안 1 x 10-4 Torr (1 Torr = 101 325 Pa) 미만의 진공 챔버에서 수행된다.Next, the degassing process is carried out in a vacuum chamber at 623 K for 30 minutes at less than 1 x 10 -4 Torr (1 Torr = 101 325 Pa).

Au 증착은 3 mA 이온화 전류로 1 x 10-1 Torr 미만의 진공 플라즈마 이온-코팅 챔버하에서 수행된다.The Au deposition is performed under a vacuum plasma ion-coating chamber of less than 1 x 10 < -1 > Torr with a 3 mA ionization current.

다음, 본 발명의 일 실시 예에서는 그 제어 특성을 살피기 위하여 2, 2.5, 3, 4, 6, 9, 12 및 20 nm의 Au가 0.05 nm s-1의 증착률로 각각 증착된다.Next, in an embodiment of the present invention, Au of 2, 2.5, 3, 4, 6, 9, 12 and 20 nm are deposited with a deposition rate of 0.05 nm s -1 , respectively, to observe the control characteristics thereof.

상기와 같은 두께로 Au 증착 후 바로 체계적 열처리가 PLD 챔버에서 1 ×10-4 Torr 미만의 진공하에서 수행된다.A systematic heat treatment immediately after the deposition of Au with the thickness described above is performed in a vacuum of less than 1 x 10 < -4 > Torr in a PLD chamber.

제조 공정은 컴퓨터-제어 레시피에 의해 수행되며 기판 온도(Tsub)는 열처리온도에 의하여 목표 온도 823 K까지 1.356 K s-1의 속도로 점진적으로 승온된다. 목표 온도에 도달한 후, 샘플은 각 성장을 위해 Au 방울의 성장을 보장하기 위하여 150초 동안 유지된다.The manufacturing process is performed by a computer-controlled recipe and the substrate temperature (T sub ) is gradually raised to a target temperature of 823 K at a rate of 1.356 K s -1 by the heat treatment temperature. After reaching the target temperature, the sample is held for 150 seconds to ensure growth of the Au droplet for each growth.

상기 열처리 후, 바로 기판은 오스발트 숙성(Ostwald ripening)을 최소화하기 위하여 주변 온도로 ?칭 냉각되는 과정을 거친다.After the heat treatment, the substrate is immediately quenched to an ambient temperature to minimize Ostwald ripening.

본 발명의 일 실시 예에서는, Au 방울의 제어 특징을 찾아내기 위하여 위와 같은 공정으로 GaAs(111)B 상의 자발-형성된 Au 방울이 증착량에 대한 변화 패턴과 영향을 측정한다.In one embodiment of the present invention, sputter-formed Au droplets on GaAs (111) B on the GaAs (111) B substrate are measured for the variation pattern and the effect on the deposition amount in order to find the control characteristic of the Au droplet.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 의한 GaAs(111)B 상의 자발-형성된 Au 방울이 2 내지 4 nm의 증착량일 경우의 변화 패턴을 도시한 것이다.Fig. 2 shows a change pattern when spontaneously-formed Au drops on GaAs (111) B according to an embodiment of the present invention are deposited in an amount of 2 to 4 nm.

도 2를 참조하면, 도 2(a)~(d)는 3 x 3㎛의 AFM 이미지 상면이고 도 2(a-1)~(d-1)는 1 x 1㎛ 크기에 상응하는 확대된 AFM 상면이다. 2 (a) through 2 (d) are top views of an AFM image of 3 x 3 m, and Figs. 2 (a-1) Top surface.

도 2(a-2) ~(d-2) 1 x 1㎛의 AFM 측면 이미지를 도시한 것이다.Figs. 2 (a-2) to (d-2) show an AFM side image of 1 x 1 탆.

도 3은 도 2의 횡단면 라인 프로파일을 도시한 것이다.Figure 3 shows the cross-sectional line profile of Figure 2;

도 3(a)~(d)는 도 2(a-1)~(d-1)의 AFM 이미지에서 흰색 라인으로 표시된 지점에서의 각 샘플의 표면 횡단면 라인 프로파일이다. Figures 3 (a) - (d) are surface cross-sectional line profiles of each sample at points indicated by white lines in the AFM images of Figures 2 (a-1) to (d-1).

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 각 각 증착량에 대한 GaAs(111)B 상에 생성된 자발-형성된 Au 방울의 크기 및 밀도를 도시한 것이다.FIG. 4 illustrates the size and density of spontaneously formed Au droplets formed on GaAs (111) B for each deposition amount according to an embodiment of the present invention.

도 4(a)는 각 증착량에 대한 GaAs(111)B 상에 생성된 자발-형성된 Au 방울의 평균 높이 (AH)이고, 도 4(b)는 증착량에 따른 측면 직경 (LD)이다. 4A is an average height (AH) of spontaneously formed Au droplets generated on the GaAs 111 B with respect to each deposition amount, and FIG. 4B is a side diameter LD according to the deposition amount.

또한, 도 4(c)는 증착량에 대한 GaAs(111)B 상에 생성된 자발-형성된 Au 방울의 평균 밀도 (AD)이다. 4 (c) is the average density (AD) of spontaneously formed Au droplets formed on GaAs (111) B with respect to the deposition amount.

도 4 (d)는 증착량에 대한 표면 거칠기(Rq) 변화를 도시한 것이다.4 (d) shows the surface roughness (R q ) change with respect to the deposition amount.

본 발명에서 표면 거칠기(Rq)는 방울 진화에 의해 유도 표면 상태를 제곱 평균 제곱근 (root mean squared, RMS)으로 연산된 수치를 의미한다.In the present invention, the surface roughness (R q ) is a numerical value calculated by root mean squared (RMS) of the induced surface state by droplet evolution.

도 4를 참조하면, 자발-형성된 Au 방울의 평균 크기는 GaAs(111) 상의 Au 증착량의 점진적 증가에 따라 계속해서 증가하는 특징을 가지고 있음을 알 수 있으며, 이는 도 3(a)~(d) 및 도 4(a) 및 4(b)의 표면 라인 프로파일로부터 명확하게 알 수 있다.Referring to FIG. 4, it can be seen that the average size of the spontaneously formed Au droplet continuously increases with the gradual increase in the deposition amount of Au on the GaAs (111) ) And the surface line profiles of Figs. 4 (a) and 4 (b).

본 발명의 일 실시 예에서 "AH'는 GaAs(111)B 상에 생성된 자발-형성된 Au 방울의 평균 높이를 의미하며, "LD"는 GaAs(111)B 상에 생성된 자발-형성된 Au 방울의 평균 측면 직경을 의미한다. 도한, "AD"는 GaAs(111)B 상에 생성된 자발-형성된 Au 방울의 평균 밀도를 의미한다.In one embodiment of the present invention, "AH " means an average height of spontaneously formed Au droplets formed on GaAs (111) B," LD "means an average height of spontaneously formed Au droplets Mean " AD "means the average density of spontaneously formed Au droplets formed on GaAs (111) B.

도 2-4의 AFM 이미지, 라인 프로파일 및 요약 그래프를 참조하면, 평균 밀도는 감소한 것을 알 수 있다. Referring to the AFM image, line profile, and summary graphs of FIGS. 2-4, it can be seen that the average density is reduced.

예를 들어, 도 2(a-1)에서 도시된 바와 같이 원형 돔-형태의 Au 방울은 2 nm 증착량으로 인해 밀집하게 충전이 되었고, 21.8 nm의 AH 및 52 nm의 LD로 비교적 작은 크기를 보였다. For example, as shown in FIG. 2 (a-1), the circular dome-shaped Au droplet was densely packed due to the deposition amount of 2 nm, and the AH of 21.8 nm and the LD of 52 nm, It looked.

이에 상응하는 Au 방울의 AD는, 도 4(c)에서 보여주는 바와 같이, 4.48 x 1010 cm-2으로 측정된다. The AD of the corresponding Au droplet is measured as 4.48 x 10 10 cm -2 , as shown in Fig. 4 (c).

한편, 도 2(b) 및 2(b-1)를 참조하면, 2.5 nm의 증착량에서는, Au 방울 크기는 31.5 nm의 AH로 2nm의 증착량의 1.44배, 93.9 nm의 LD로 2nm의 증착량의 1.81배로 급증한 반면, AD는 1.28 x 1010 cm-2로 2nm의 증착량의 3.5배 급감하는 패턴을 나타내고 있음을 알 수 있다.Referring to FIGS. 2 (b) and 2 (b-1), when the deposition amount is 2.5 nm, the Au droplet size is 1.44 times the deposition amount of 2 nm with AH of 31.5 nm, , While AD is 1.28 x 10 < 10 & gt ; cm < 2 & gt ; , which is 3.5 times the deposition amount of 2 nm.

즉, 0.5 nm의 증착량의 증가로 상당한 크기 및 밀도의 변화를 가져왔고 이러한 변화는 LD 및 AD에서 보다 컸다. That is, an increase in the amount of deposition of 0.5 nm resulted in a significant change in size and density, and this change was greater in LD and AD.

또한, 도 2(d), 2(d-1) 및 4를 참조하면, 추가로 0.5 nm가 더 증착된 3 nm의 증착량에서는, 2.5 nm의 증착량에 비하여 Au 방울의 AH가 1.14배 증가한 35.8 nm, LD는 1.12배 증가한 105 nm로 측정되었으며, AD는 1.83배 감소한 7.0 x 109 cm-2로 측정되었다.Referring to FIGS. 2 (d) and 2 (d-1) and 4, when the deposition amount of 3 nm was further increased by 0.5 nm, the AH of the Au droplet was increased by 1.14 times 35.8 nm, and LD was 1.12 times, 105 nm, and AD was measured to be 7.0 x 10 9 cm -2 , which was 1.83 times decreased.

또한, 도 2(d), 2(d-1) 및 도 4를 참조하면, 4 nm의 증착량에서도 방울은 계속 증가하였고 밀도는 더욱 감소하였다. 2 (d) and 2 (d-1) and FIG. 4, the droplet continued to increase and the density decreased even at a deposition amount of 4 nm.

도 4(a) 및 4(b)를 참조하면, 3 nm의 증착량에 비하여 Au 방울의 AH는 1.26배 증가하여 45.2 nm, LD는 1.43배 증가하여 150 nm, 및 AD는 2.19배 감소하여 3.2 x 109 cm- 2 로 측정되었다. Referring to FIGS. 4 (a) and 4 (b), AH of the Au droplet increased by 1.26 times to 45.2 nm and LD to 1.43 times to 150 nm and AD to 2.19 times to 3.2 x 10 < 9 > cm < 2 >

즉, 2 nm 에서 4 nm의 범위로 증착량의 증가와 함께 AH는 2.07배, LD는 2.88배 증가하였고 AD는 14배 감소하는 특징을 가지는 것을 알 수 있다. That is, it can be seen that AH is increased by 2.07 times, LD is increased by 2.88 times, and AD is decreased by 14 times in the range of 2 nm to 4 nm with increasing deposition amount.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 원하는 AD를 제어하기 위해서는 증착 두께를 고려한 밀도 감소 비율을 적용하여 제어할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the desired AD can be controlled by applying a density reduction ratio considering the deposition thickness.

또한, 최소 밀도를 고려한 증착 두께를 제어하여 Au 방울을 제조할 수 있다.Also, Au droplets can be manufactured by controlling the deposition thickness considering the minimum density.

또한, 원하는 AH, 또는 AD를 얻기 위해서는 증착 두께를 고려한 AH의 AD 증가비율, 또는 AD의 AH 증가 비율을 적용하여 제어할 수 있다.
Further, in order to obtain the desired AH or AD, the AD increase rate of AH considering the deposition thickness or the AH increase rate of AD can be controlled.

도 2 내지 4를 참조하면, 크기는 주로 직경 확장으로 증가하였고, 도 4(a) 및 4(b)의 그래프의 급격한 기울기로부터 3 nm 미만의 증착에서 더욱 눈에 띄게 나타나는 것을 알 수 있다. Referring to Figures 2 to 4, it can be seen that the size was mainly increased by the diameter expansion and more prominent in the deposition of less than 3 nm from the steep slope of the graphs of Figures 4 (a) and 4 (b).

Au 방울은 보다 낮은 증착량에서 보다 증착량에 민감함을 보였으므로, 보다 깊은 관심은 고밀도 방울에 주어야 할 것이다. Au droplets have been shown to be more sensitive to deposition than at lower deposition rates, so deeper attention should be given to high density droplets.

도 2 내지 4를 참조하면, 증착량이 증가할수록 방울은 크게 형성될 수 있고 표면적이 증가함으로 인해 나노구조는 보다 낮은 표면에너지를 갖는다. 그 결과, 더 큰 방울이 주위의 흡착원자를 흡수할 수 있고 평형에 이를 때까지 더 커지는 경향이 있다. 한편, 크기가 더 커질수록 밀도는 감소하는 경향을 갖는다. Referring to FIGS. 2 to 4, as the deposition amount increases, the droplet can be formed large and the nanostructure has a lower surface energy because of an increase in surface area. As a result, larger droplets can absorb surrounding adsorbed atoms and tend to become larger until they reach equilibrium. On the other hand, as the size becomes larger, the density tends to decrease.

도 4(d) 자발-형성된 Au 방울의 진화에 의해 야기되는 표면 거칠기의 변화를 측정하기 위하여 각 샘플의 Rq(r.m.s. surface roughness)를 도시한 것이다.
Figure 4 (d) shows R q (rms surface roughness) of each sample to measure the change in surface roughness caused by the evolution of spontaneously formed Au droplets.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, Rq 값은 표면 진화의 직접적 설명을 제공한다. According to one embodiment of the present invention, Rq The value provides a direct description of the surface evolution.

도 4(d)를 참조하면, 2 nm 증착량에서의 Rq 값은 작은 크기의 방울로 인해 3.6 nm이다. 2.5 nm 증착량에서 Rq 값은 10.8 nm로 크게 증가하였고, 이는 2 nm 증착량에서의 값의 3배이다. Referring to FIG. 4 (d), R q The value is 3.6 nm due to the small size droplet. At 2.5 nm deposition, the R q value increased significantly to 10.8 nm, which is three times the value at 2 nm deposition.

이러한 Rq의 뚜렷한 증가는 상기 기재된 바와 같이 (도 4a 및 4b) Au 방울의 크기의 급격한 증가 때문이다. 3 및 4 nm의 증착량에서도, 방울의 크기가 지속적으로 증가함과 같이 Rq도 계속적으로 12.8 및 15.3 nm로 증가하였다. This pronounced increase in Rq is due to a sharp increase in the size of the Au droplet as described above (Figures 4a and 4b). At 3 and 4 nm deposition volumes, R q also continuously increased to 12.8 and 15.3 nm as the droplet size continued to increase.

증착량의 증가와 함께 방울의 크기가 점진적으로 증가한 바와 같이 Rq도 증가하게 됨을 알 수 있다.It can be seen that R q also increases as the size of the droplet gradually increases with increasing deposition amount.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 원하는 거칠기 표면을 제어하기 위해서는 증착 두께를 고려한 거칠기 표면 증가 비율을 적용하여 제어할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, to control a desired roughness surface, it is possible to control by applying a roughness surface increase ratio considering the deposition thickness.

Au 방울의 형태 균일성에 있어서, 도 2(a-1) 및 2(b-1)에서 명확하게 보여주는 바와 같이, 2 및 2.5 nm 증착량에서의 Au 방울은 원형으로 잘 성장하였고 대칭적 원형의 FFT 패턴을 도 3(a-1) 및 3(b-1)에서 확인되었다.  As shown in Figs. 2 (a-1) and 2 (b-1), in Au uniformity of the Au droplet, Au droplets at 2 and 2.5 nm deposition amounts were well grown in a circular shape, and the symmetric circular FFT The pattern was confirmed in Figs. 3 (a-1) and 3 (b-1).

3 및 4 nm 증착량에서는, 도 2(c-1) 및 2(d-1)의 AFM 이미지에서 보여주듯이 Au 방울 일부는 약간 길어진 것으로 관찰되었고 도 3(c-1) 및 3(d-1)의 FFT 패턴은 특정 결정 방향에 따른 뚜렷한 신장의 경향을 보이지 않아 여전히 대칭적이고 원형으로 측정되었다.
As shown in the AFM images of FIGS. 2 (c-1) and 2 (d-1), Au droplets were observed to be slightly elongated at the deposition amounts of 3 and 4 nm, ) FFT patterns were still symmetrical and circular in shape because they did not exhibit a pronounced tendency to elongation according to a specific crystal orientation.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 6 내지 20 nm의 증착량에 따른 GaAs(111)B 상의 자발-형성된 Au 방울의 변화를 도시한 것이다.Figure 5 shows the variation of spontaneously-formed Au drops on GaAs (111) B according to the deposition amount of 6-20 nm according to an embodiment of the present invention.

도 6은 다양한 증착량에 대한 큰 규모 면적의 SEM 이미지를 도시한 것이다.
Figure 6 shows a SEM image of a large area for various deposition amounts.

일반적으로, 도 2 및 3에 대한 실시 예에서 전술한 바와 같이, Au 방울의 AH 및 LD를 포함하여 크기는 증착량의 증가와 함께 지속적으로 증가하는 반면 AD는 감소하는 것을 알 수 있다.In general, as described above in the embodiment of FIGS. 2 and 3, it can be seen that the size, including AH and LD of the Au droplet, increases steadily with increasing deposition amount while AD decreases.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 6 nm 증착량에서 Au 방울의 AH 및 LD는 55.4 및 196.7 nm이었고 AD는 2.28 x 109 cm-2로 나타낸다. According to one embodiment of the present invention, the AH and LD of Au droplets were 55.4 and 196.7 nm and AD was 2.28 x 10 9 cm -2 at 6 nm deposition amount .

도 5(a) 및 5(a-1) 및 도 4의 그래프를 참조하면, 지속적인 크기의 증가와 밀도의 감소를 나타낸다. Referring to Figures 5 (a) and 5 (a-1) and the graph of Figure 4, there is a continuous increase in size and a decrease in density.

도 5b 및 5b-1을 참조하면, 9 nm 증착량에서, Au방울의 AH는 71.4 nm, LD는 256.7 nm로 크기가 더 증가하였고, AD는 5.9 x 108 cm-2로 더 감소하였다. 6 nm 증착량과 비교하여 AH 및 LD는 각각 1.29배 및 1.31배 증가하였고, 6 nm 증착량과 비교하여 밀도 AD는 25.9배로 감소한 것을 알 수 있다.Referring to FIGS. 5B and 5B-1, at a deposition amount of 9 nm, the AH of the Au droplet was increased to 71.4 nm, the LD was increased to 256.7 nm, and the AD was further reduced to 5.9 × 10 8 cm -2 . Compared with the 6 nm deposition amount, the AH and LD increased 1.29 times and 1.31 times, respectively, and the density AD was reduced to 25.9 times as compared with the 6 nm deposition amount.

도 5(b-1)를 참조하면, 큰 크기의 생성된 것을 알 수 있다.Referring to Fig. 5 (b-1), it can be seen that a large size is generated.

또한, 도 4(a) ~4(c)를 참조하면, 12 및 20 nm 증착량에서 슈퍼 Au 방울은 더욱 크게 성장하였고 밀도는 감소한 것을 알 수 있다. 즉, 12 및 20 nm 증착량에서 AH = 78.3 및 95.5 nm; LD = 308.4 및 430 nm; AD = 3.65 x 108 및 1.24 x 108 cm-2로 측정되었다.4 (a) to 4 (c), it can be seen that the super Au drops grow larger and the density decreases at the deposition amounts of 12 and 20 nm. That is, AH = 78.3 and 95.5 nm at 12 and 20 nm deposition amounts; LD = 308.4 and 430 nm; AD = 3.65 x 10 8 and 1.24 x 10 8 cm -2 .

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 2 nm 증착량의 미니 Au 방울과 비교하여 20 nm 증착량에서 형성된 슈퍼 방울의 AH는 4.38배, LD는 8.27배 증가하였고, AD는 361배 감소하였다. According to one embodiment of the present invention, the AH of the super-droplets formed at a deposition amount of 20 nm was increased by 4.38 times, the LD by 8.27 times, and the AD by 361 times compared with the mini-Au drops of the 2 nm deposition amount.

4.5 nm 이상의 증착량을 갖는 Au 방울의 진화는 S-K 성장모드 (Stranski-Krastanov mode)를 이용하여 달성되는 Si(111) 상의 Au 방울의 성장과는 달리, GaAs(111)B 상에 6 내지 20 nm의 증착량의 증가에 따른 자발-형성된 Au 방울은 길게 병합된 Au 나노구조 또는 Au 층의 형성 없이 보머-웨버 성장모드 (Zhang & Lagally, 1997; Abraham & Newman, 2009)를 기반으로 진화하였다. Unlike the growth of Au droplets on Si (111), which is achieved by using Stranski-Krastanov mode, the evolution of Au droplets with a deposition amount of 4.5 nm or more is 6-20 nm Sputtered Au droplets with the increase in the deposition amount evolved based on the Baumer-Weber growth mode (Zhang & Lagally, 1997; Abraham & Newman, 2009) without the formation of long merged Au nanostructures or Au layers.

이는 상당한 크기의 증가 및 밀도의 감소를 갖는 슈퍼 Au 방울의 형성의 제조를 가능하게 할 수 있다.This may enable the fabrication of super Au droplets with considerable size increase and density reduction.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 6 내지 9 nm의 증착량에서의 Rq 값은 유사한 증가 경향을 나타내는 것(6 nm에서는 Rq = 19.6 nm 및 9 nm에서는 Rq = 23.7 nm)을 알 수 있으며, 이는 크기 확장으로 인하여 Rq에 영향을 미침을 알 수 있다.According to one embodiment of the present invention, R q Values show a similar tendency to increase (R q = 19.6 nm at 6 nm and R q = 23.7 nm at 9 nm), which can be seen to affect R q due to size expansion.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 밀도의 상당한 감소와 슈퍼 Au 방울의 형성으로 Rq는 12 및 20 nm의 증착량(Rq = 22.4 및 19.4 nm)에서 마침내 감소를 보였고, 이는 AD의 감소가 크기 확장을 추월함을 나타낸다.
According to one embodiment of the present invention, showed a significant reduction in the super to the formation of the Au droplet R q is finally reduced in a deposition amount of 12 and 20 nm (R q = 22.4 and 19.4 nm) of the density, which is reduced in AD It indicates that the size expansion is exceeded.

6 ~20 nm의 증착량 샘플의 FFT 파워 스펙트럼은 보다 낮은 밀도로 인해 보다 작고 흐릿한 FFT 파워 스팩트럼 패턴을 보였다. 대칭적 원형의 패턴은 슈퍼 방울이 임의의 결정 방향에 따른 선택적 성장 특성이 없음을 나타낸다. The FFT power spectrum of the deposition amount sample of 6 to 20 nm showed a smaller and hazy FFT power spectral pattern due to the lower density. The symmetrical circular pattern indicates that the super-droplet has no selective growth characteristic along any crystal direction.

도 6을 참조하면, 도 6의 SEM 이미지를 통해서 증착량의 증가에 따른 직경의 증가 및 밀도의 감소를 갖는 진화 경향은 큰 규모에서도 명백하게 보여질 수 있음을 알 수 있다. 상기 방울은 GaAs(111)B 표면상에 균일하게 분산된다. Referring to FIG. 6, it can be seen from the SEM image of FIG. 6 that the evolution tendency with increase in diameter and decrease in density with increasing deposition amount can be clearly seen even on a large scale. The droplets are uniformly dispersed on the GaAs (111) B surface.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, GaAs(111)B상에 생성된 자발-형성된 Au 방울은 열처리 온도 및 시간과 같은 성장 변수를 고정하면서 2 내지 20 nm의 범위로 Au 증착량을 변화할 때, Au 증착량에 따라 높이(AH)는 21.8로부터 95.5 nm의 범위로 436%까지 증가되는 특징으로 가지며, 평균 측면 직경은 52nm로부터 430 nm의 범위로 827%까지 증가되는 특징을 가진다. 또한, 크기 증가는 측면 확장이 주원인임을 알 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the spontaneously formed Au droplets formed on the GaAs (111) B are grown in the range of 2 to 20 nm while the growth parameters such as the heat treatment temperature and time are fixed, The height (AH) according to the deposition amount of Au increases to 436% in the range of 21.8 to 95.5 nm, and the average side diameter increases to 827% in the range of 52 nm to 430 nm. Also, the increase in size is the main reason for the side expansion.

한편, 평균 밀도(AD)는 GaAs(111)B 상에서 2 내지 20 nm의 범위로 Au 증착량을 변화할 때, 4.48 x 1010 cm-2로부터 1.24 x 108로 감소하는 특징을 가지는 것을 알 수 있다. On the other hand, the average density (AD) is from time to change the amount of deposited Au in the range of 2 to 20 nm on the GaAs (111) B, 4.48 x 10 10 cm -2 1.24 x 10 < 8 >.

또한, 3 nm 미만의 비교적 낮은 Au 증착량에서는 높은 충전밀도를 갖는 원형 돔-형태의 미니 Au 방울이 생성될 수 있는 반면, 10 nm 이상의 보다 높은 증착량에서는 수백배 더 낮은 밀도의 매우 큰 Au 방울이 생성될 수 있다.
In addition, circular dome-shaped mini Au droplets with a high filling density can be produced at relatively low Au deposition quantities of less than 3 nm, whereas at higher deposition quantities above 10 nm, very large Au droplets of several hundred times lower density are produced .

도 7~ 9는 증착량 증가에 따른 GaAs(110) 상에서의 자발-형성된 Au 방울의 진화 패턴을 보여준다. Figs. 7-9 show evolution patterns of spontaneously formed Au droplets on GaAs (110) with increasing deposition amount.

도 7을 참조하면, AH, LD, AD 및 Rq의 거동으로부터 GaAs(110) 상의 자발-형성된 Au 방울은 GaAs(111)B 상의 Au 방울과 매우 유사한 패턴으로 진화되는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 7, it can be seen that the spontaneously-formed Au droplets on the GaAs 110 from the behavior of AH, LD, AD and R q evolve in a very similar pattern to Au droplets on GaAs (111) B.

도 7을 참조하면, 2 내지 4 nm까지의 증착량을 대비하면, Au 방울의 AH는 22.7에서 42.5 nm로 1.87배 증가하였고, LD는 52.8에서 147.1 nm로 2.79배 증가하였다. 반면 AD는 2 nm 증착량 시 4.48 x 1010 cm-2에서 4 nm 증착량 시 3.4 x 109 cm-2로 13.18배 감소됨을 알 수 있다.Referring to FIG. 7, the AH of the Au droplet increased 1.87 times from 22.7 to 42.5 nm, and the LD increased 2.79 times from 52.8 to 147.1 nm when the deposition amounts to 2 to 4 nm were compared. On the other hand, AD is decreased from 4.48 x 10 10 cm -2 at 2 nm deposition amount to 13.18 times at 3.4 x 10 9 cm -2 at 4 nm deposition amount.

GaAs(110) 상의 자발-형성된 Au 방울은 GaAs(111)B 상에서와 같이 감소하는 밀도 방향으로 측면 확장을 하는 경향을 알 수 있다.Spontaneously formed Au droplets on the GaAs 110 tend to laterally expand in a decreasing density direction as on GaAs (111) B.

또한, 6 내지 20 nm의 증착량을 대비하면, AH는 55.8에서 96.7 nm로 1.73배 증가하였고, LD는 197.5에서 435.7 nm로 2.21배 증가한 반면, AD는 1.9 x 109 cm-2에서 1.12 x 108 cm-2로 16.96배 감소되는 특징을 가지는 것을 알 수 있다.Also, when compared to the deposition of 6-20 nm, the AH increased 1.73 times from 55.8 to 96.7 nm and the LD increased 2.21-fold from 197.5 to 435.7 nm while the AD increased from 1.9 x 10 9 cm -2 to 1.12 x 10 8 < / RTI & gt ; cm < 2 >

전반적으로 대비하면, 도 7에서 보여주는 바와 같이, 증착량은 2 내지 20 nm로 10배까지 변화시키는 동안 Au 방울의 AH는 4.26배 증가하였고 LD는 8.25배 증가하였고 AD는 400배로 감소된다.As a general comparison, as shown in FIG. 7, while the deposition amount is changed from 2 to 20 nm to 10 times, the AH of the Au droplet is increased by 4.26 times, the LD is increased by 8.25 times, and the AD is decreased by 400 times.

도 7 (d)를 참조하면, 유사하게, Rq는 2 nm 증착량에서의 3.4 nm에서 시작하여 증착량이 2에서 9 nm로 증가하는 동안 지속적으로 증가하는 특징을 나타나며, 증착량 9nm에서는 최고값인 25.0 nm에 이른다. 이후부터는 다시 감소하여 20 nm의 증착량에서는 16.1 nm까지 감소하는 경향을 나타낸다. Referring to FIG. 7 (d), similarly, R q begins to grow at 3.4 nm at a deposition rate of 2 nm and increases continuously during deposition from 2 to 9 nm. At a deposition rate of 9 nm, Lt; / RTI > to 25.0 nm. And thereafter decreases again to a value of 16.1 nm at a deposition amount of 20 nm.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 2nm ~ 9 nm 범위에서는 1nm 증착당 평균 3.086 nm로 증가율을 보인다.According to one embodiment of the present invention, the average growth rate per 1 nm deposition is 3.086 nm in the range of 2 nm to 9 nm.

이후부터는 다시 감소하여 20 nm의 증착량에서는 16.1 nm까지 감소하는 경향을 나타낸다. And thereafter decreases again to a value of 16.1 nm at a deposition amount of 20 nm.

따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 9nm로부터 20 nm 범위에서는 1nm 증착당 평균 0.809 nm 비율로 감소율을 보인다.
Thus, according to one embodiment of the present invention, the reduction rate in the range of 9 nm to 20 nm is 0.809 nm per 1 nm deposition.

도 9를 참조하면, FFT 파워 스펙트럼은 비교적 낮은 증착량에 대해서는 비교적 높은 밀도 방울을 갖는 밝고 원형의 패턴을 가지면, 비교적 높은 증착량에 대해서는 낮은 밀도 방울을 갖는 작고 흐릿한 패턴을 가지는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 9, it can be seen that the FFT power spectrum has a small, blurry pattern with a low density drop for a relatively high deposition amount, while having a bright and circular pattern with a relatively high density drop for a relatively low deposition amount.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 2에서 20 nm로의 증착량의 점진적 증가와 함께 평균 높이 및 측면 직경을 포함하여 방울 크기는 선호적인 측면 크기 확장으로 지속적으로 증가하였고 방울의 밀도는 수백배 이상으로 점진적으로 감소하는 특징을 가지는 것을 알 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the droplet size, including the average height and side diameter, along with the gradual increase in the deposition amount from 2 to 20 nm, continuously increases with the preferred lateral dimension expansion, and the density of the droplet is several hundreds or more It can be seen that it has a gradually decreasing characteristic.

또한, 증착량 2 ~ 10 nm비교적 적은 양의 증착량에서 높은 밀도의 원형 돔-형태의 미니 방울이 생성된 반면, 10 nm 이상의 증착량에서는 200 nm 이상의 AD 및 70 nm 이상의 AH의 슈퍼 방울이 생성되는 것을 알 수 있다.In addition, while a small dome-shaped mini droplet of high density was produced at a deposition amount of 2 to 10 nm in a relatively small deposition amount, a super droplet of AD of 200 nm or more and an AH of 70 nm or more was generated at an deposition amount of 10 nm or more Able to know.

방울의 크기 및 밀도는 3 nm 미만의 증착량에서는 매우 민감한 것으로 나타났으며, 이는 낮은 증착량 영역에서의 크기 및 Rq 그래프에서 급격한 기울기에 의해 알 수 있다.
The size and density of the droplets were found to be very sensitive at deposition amounts of less than 3 nm, which can be seen by the magnitude in the low deposition volume region and the steep slope in the R q graph.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 2nm으로부터 4 nm까지의 증착량에 대해서 Au 방울의 AH는 22.7에서 42.5 nm로 1.87배 증가하였고, LD는 52.8에서 147.1 nm로 2.79배 증가하였다. 반면 AD는 2nm 증착량 시 4.48 x 1010cm-2에서 4 nm 증착량 시 3.4 x 109 cm-2로 13.18배 감소하였다. GaAs(110) 상의 자발-형성된 Au 방울은 GaAs(111)B 상에서와 같이 감소하는 밀도 방향으로 측면 확장을 선호하는 특징을 가진다.According to an embodiment of the present invention, the AH of the Au droplet increased 1.87 times from 22.7 to 42.5 nm, and the LD increased 2.79 times from 52.8 to 147.1 nm for deposition amounts from 2 nm to 4 nm. On the other hand, AD decreased by 13.18 times from 4.48 x 10 10 cm -2 at 2 nm deposition to 3.4 x 10 9 cm -2 at 4 nm deposition. The spontaneously formed Au droplets on the GaAs (110) are characterized by favoring lateral extension in a decreasing density direction as on GaAs (111) B.

또한, 6nm로부터 20 nm까지의 증착량에서 AH는 55.8에서 96.7 nm로 1.73배 증가하였고, LD는 197.5에서 435.7 nm로 2.21배 증가한 반면 AD는 1.9 x 109 cm-2에서 1.12 x 108 cm-2로 16.96배 감소된다.In addition, the AH increased from 55.8 to 96.7 nm by 1.73 times and the LD increased by 2.21 times from 197.5 to 435.7 nm, whereas the AD increased from 1.9 x 10 9 cm -2 to 1.12 x 10 8 cm - 2, it is decreased by 16.96 times.

도 7을 참조하면, 증착량은 2로부터 20 nm까지 10배까지 변화시키는 동안 Au 방울의 AH는 4.26배 증가하였고 LD는 8.25배 증가하였으며, AD는 400배로 감소된다.Referring to FIG. 7, while the deposition amount is changed from 2 to 20 nm to 10 times, the AH of the Au droplet is increased by 4.26 times, the LD is increased by 8.25 times, and the AD is decreased by 400 times.

또한, Rq는 2 nm 증착량에서의 3.4 nm이며, 이로부터 증착량이 2nm에서 9 nm로 증가하는 동안 25.0 nm의 최고값에 이르기까지 계속 증가된다. 이후부터는 감소되며 20 nm의 증착량의 16.1 nm까지 감소하는 경향을 가진다.Also, R q is 3.4 nm at a deposition rate of 2 nm, from which the deposition rate continues to increase to a peak value of 25.0 nm while increasing from 2 nm to 9 nm. And thereafter tends to decrease to 16.1 nm of the deposition amount of 20 nm.

도 9의 FFT 파워 스펙트럼을 참조하면, 비교적 낮은 증착량에 대해서는 비교적 높은 밀도 방울을 갖는 밝고 원형의 패턴을 가지며, 비교적 높은 증착량에 대해서는 낮은 밀도 방울을 갖는 작고 흐릿한 패턴을 가진다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 고정된 열처리 온도 및 시간 하에서 GaAs(111)B및 (110) 상의 자발-형성된 Au 방울의 진화는 보머-웨버 성장모드로 진행한다.Referring to the FFT power spectrum of FIG. 9, it has a bright, circular pattern with a relatively high density drop for a relatively low deposition amount, and a small and fuzzy pattern with a low density drop for a relatively high deposition amount. According to one embodiment of the present invention, the evolution of spontaneously formed Au droplets on GaAs (111) B and (110) under a fixed annealing temperature and time proceeds in a Boomer-Weber growth mode.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 2에서 20 nm로의 증착량의 점진적 증가와 함께 평균 높이 및 측면 직경을 포함하여 방울 크기는 선호적인 측면 크기 확장으로 지속적으로 증가하였고 방울의 밀도는 수백배 이상으로 점진적으로 감소하는 특징을 가지는 것을 알 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the droplet size, including the average height and side diameter, along with the gradual increase in the deposition amount from 2 to 20 nm, continuously increases with the preferred lateral dimension expansion, and the density of the droplet is several hundreds or more It can be seen that it has a gradually decreasing characteristic.

또한, 비교적 적은 양의 증착량인 2 ~ 6 nm에서 1.9 × 109/㎠ ~ 4.48 1010 범위의 밀도를 가지는 원형 돔-형태의 미니 방울이 생성된 반면, 10 ~ 20 nm 이상의 증착량에서는 6.1 × 108 ~ 1.12 × 108 범위의 저밀도를 가지는 AU 방울이 형성되며, 200 nm 이상의 AD 및 70 nm 이상의 AH의 슈퍼 방울이 생성되는 것을 알 수 있다.In addition, a circular dome-shaped mini droplet having a density in the range of 1.9 × 10 9 / cm 2 to 4.48 10 10 at a relatively small deposition amount of 2 to 6 nm was generated, while a 6.1 × 10 8 ~ 1.12 AU droplets having a low density in the range of 10 8 are formed, and super droplets of AD of 200 nm or more and AH of 70 nm or more are generated.

방울의 크기 및 밀도는 3 nm 미만의 증착량에서는 매우 민감한 것으로 나타났으며, 이는 낮은 증착량 영역에서의 크기 및 Rq 그래프에서 급격한 기울기에 의해 알 수 있다. The size and density of the droplets were found to be very sensitive at deposition amounts of less than 3 nm, which can be seen by the magnitude in the low deposition volume region and the steep slope in the R q graph.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 전술한 Au 증착량 변화에 따른 패턴의 변화요소를 GaAs 상에 증착되는 Au 방울의 제어 인자로 활용하여 Au 증착에 따른 제조 공정상의 성장 제어 방법으로 활용할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the variation element of the pattern according to the variation of the amount of Au deposition described above can be utilized as a growth control method in the manufacturing process according to the deposition of Au by using it as a control factor of Au droplet deposited on GaAs.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, GaAs 상에 고정된 열처리 온도 하에서 Au 증착량을 제어하는 것에 의하여 요구되는 크기 및 밀도, 표면거칠기의 특징을 갖는 Au 방울을 제조할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, Au droplets having the characteristics of size, density, and surface roughness required by controlling the amount of Au deposition under a heat treatment temperature fixed on GaAs can be manufactured.

도 10 내지 도 16은 본 발명의 또 다른 실시 예를 도시한 것이다.10 to 16 illustrate another embodiment of the present invention.

본 발명의 또 다른 실시 예에는 자발-형성된 Au 방울은 펄스 레이저 증착법 (PLD) 시스템에서 일반적 섬아연광 격자지수(zinc blende lattice index)를 나타내는 GaAs (111)A, (111)B, (110), 및 (100) 상에 생성된다. In another embodiment of the present invention, the spontaneously formed Au droplets are grown on a GaAs (111) A, (111) B, (110), and (111) sublayers exhibiting a common zinc blende lattice index in a pulsed laser deposition (PLD) And (100).

다양한 인덱스 샘플은 균일성을 위해 인코넬 홀더에 나란히 함께 인듐-결합되었고, 350℃에서 30분 동안 1 × 10-4 Torr 하에서 탈기체화 되는 과정으로 제조된다.The various index samples are indium-bonded together in the Inconel holder for uniformity and are prepared by the process of degassing at 350 ° C for 30 minutes at 1 × 10 -4 Torr.

그 후, 이온코팅 챔버에서 2.5 nm의 Au 총량을 0.5 Å/s의 속도로 3mA의 이온화 전류에 의해 1 ×10-1 Torr 하에서 샘플 상에 동일하게 증착된다.Thereafter, the total amount of Au of 2.5 nm in the ion-coating chamber is equally deposited on the sample at 1 x 10 < -1 > Torr by an ionization current of 3 mA at a rate of 0.5 ANGSTROM / s.

본 발명의 일 실시 예에서는 자발-형성된 Au 방울의 면밀한 진화과정을 조사하기 위하여 각 성정은 각각 100℃, 250℃, 300℃, 350℃, 400℃, 450℃, 500℃, 및 550℃의 열처리 온도(Ta)를 변화하면서 체계적으로 그 열처리에 따른 변화 특성을 찾아서 제어특징을 연구하였다. In one embodiment of the present invention, in order to investigate the evolution of the spontaneous-formed Au droplet closely, each process was heat-treated at 100, 250, 300, 350, 400, 450, 500, The control characteristics were investigated by systematically varying the characteristics of the annealing process while changing the temperature (Ta).

본 발명의 일 실시 예에서는 기판온도(Ts)는 컴퓨터-제어된 레시피에 의해 1 ×10-4 Torr하에서 1.83℃/s의 속도로 목표 온도까지 상승되었고, 각 목표 온도에 도달 한 후, 450초의 드웰 공정(dwell process)이 동일하게 수행된다. In one embodiment of the present invention, the substrate temperature Ts was raised to a target temperature at a rate of 1.83 ° C / s under 1 × 10 -4 Torr by a computer-controlled recipe, and after reaching each target temperature, The dwell process is performed in the same manner.

또한, 각 성장의 종료 후, 상기 기판 온도는 오스발트 숙성(Ostwald ripening)을 최소화하기 위하여 바로 ?칭된다.
Also, after the end of each growth, the substrate temperature is immediately referred to to minimize Ostwald ripening.

도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 GaAs(111)A 상의 자발-형성된 Au 방울의 제조 공정상 열처리 온도에 따른 변화를 도시한 것이다.FIG. 10 is a graph showing changes in spontaneous-formed Au droplets on GaAs (111) A according to an annealing temperature in the manufacturing process according to an embodiment of the present invention.

도 10은 GaAs(111)A 상의 자발-형성된 Au 방울의 열처리 온도 100℃ 내지 550℃ 온도 범위에서 변화패턴을 도시한다.10 shows a change pattern in the temperature range of 100 ° C to 550 ° C in the heat treatment temperature of spontaneously formed Au drops on GaAs (111) A.

도 10 (a)는 증착전 GaAs(111)A 의 표면 AFM side-view 이미지 패턴(1 ×1 ㎛2)을 도시한 것이다.10 (a) shows a surface AFM side-view image pattern (1 占 1 占 퐉 2 ) of GaAs (111) A before deposition.

도 10 (b)는 2.5nm Au 증착후의 GaAs(111)A 의 표면 AFM side-view 이미지 패턴을 도시한 것이다10 (b) shows a surface AFM side-view image pattern of GaAs (111) A after 2.5 nm Au deposition

이후, 도 10 (c)에서는 온도 350℃에서 어닐링(annealing)후에 GaAs(111)A의 표면에 형성된 Au입자의 AFM side-view 이미지 패턴을 도시한 것이다10 (c) shows an AFM side-view image pattern of Au particles formed on the surface of GaAs (111) A after annealing at a temperature of 350 ° C

도 10 (c)를 참조하면, 어닐링 온도 350℃에서 물결모양의 Au입자의 핵생성 형태를 나타낸다.Referring to Fig. 10 (c), nucleation patterns of wavy Au particles are shown at an annealing temperature of 350 ° C.

도 10 (d)에서는 온도 550℃에서 아닐링(annealing)후에 GaAs(111)A의 표면에 형성된 Au입자의 AFM side-view 이미지 패턴을 도시한 것이다.FIG. 10 (d) shows an AFM side-view image pattern of Au particles formed on the surface of GaAs (111) A after annealing at a temperature of 550 ° C.

도 10의 (a-1) ~ (d-1)의 단면(cross-sectional) 표면 라인 프로파일은 도 10 (a) ~ (d)의 검은 라인에 대한 것이다.Cross-sectional surface line profiles of (a-1) to (d-1) in Fig. 10 are for the black lines in Figs. 10 (a) to (d).

도 10을 참조하면, 자발-형성된 작은 Au 입자의 핵생성 및 물결 모양의 Au 나노구조는 GaAs(111)기판상에서 다양한 형태로 나타나는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 10, nucleation and wavy Au nanostructures of spontaneously-formed small Au particles appear in various forms on a GaAs (111) substrate.

도 11은 250℃ 내지 350℃ 범위의 열처리 온도(Ta)의 변화에 의해 유발된 GaAs (111)A 상의 자발-형성된 Au 입자의 나노구조를 나타낸다. 11 shows the nanostructure of spontaneously formed Au particles on GaAs (111) A induced by a change in the heat treatment temperature (Ta) in the range of 250 < 0 > C to 350 < 0 > C.

도 11을 참조하면, AFM 상면 이미지(1 ×1 ㎛2)는 도 11a, b, c, d에서 흰색선인 도 11 (a-1) 내지 (d-1)의 횡단면 라인 프로파일과 함께 도 11a, b, c, d에서 보여준다. Referring to Fig. 11, the AFM top image (1 x 1 탆 2 ) is shown in Figs. 11a, b, c and d along with the cross-sectional line profiles of Figs. 11 (a- b, c, and d.

도 11 (a-2) 내지 (d-2)는 FFT 파워 스펙트럼을 나타낸다. 11 (a-2) to (d-2) show the FFT power spectrum.

GaAs (111)A 상의 표면 형태는 어닐링온도(Ta)의 증가에 따라 도 11a, b의 상대적으로 평면의 표면 형태로부터 급격하게 변화하고 점진적으로 도 12c의 Au 입자 및 도 11d의 물결 모양의 Au 나노구조로 성장한다. The surface morphology of the GaAs (111) A abruptly changes from the relatively planar surface morphology of Fig. 11a, b with increasing annealing temperature Ta and gradually increases with the Au grains of Fig. 12c and the wavy Au nano- Structure.

도 11을 참조하면, 열처리 전 Au 증착후, 표면은 도 11a의 AFM 이미지 및 도 11 (a-1)의 라인 프로파일에서 도시된 바와 같이 매우 평평한 표면을 보여주고, 도 11 (a-2)의 해당 FFT 스펙트럼은 좁은 랜덤 표면 변환으로 인해 매우 넓은 원형 패턴을 나타낸다.11, after the Au deposition before the heat treatment, the surface shows a very flat surface as shown in the AFM image of FIG. 11A and the line profile of FIG. 11 (a-1) The FFT spectrum exhibits a very wide circular pattern due to the narrow random surface transformation.

250℃의 열처리 온도에서 Au 흡착원자의 확산은 도 11b에서 보여주는 바와 같이 증가되었으나, 표면 변환은 도 11 (b-1)의 라인 프로파일에 의해 보여주듯이 단지 약간 증가된 것을 알 수 있다. At the heat treatment temperature of 250 ° C, the diffusion of Au adsorbed atoms increased as shown in Fig. 11b, but the surface transformation was only slightly increased as shown by the line profile of Fig. 11 (b-1).

도 11 (b-2)를 참조하면, 250℃의 열처리 온도에서FFT 스펙트럼은 원형 패턴이 작아진 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 11 (b-2), it can be seen that the FFT spectrum has a smaller circular pattern at a heat treatment temperature of 250 ° C.

도 11 (c)를 참조하면, 300℃의 증가된 열처리 온도에서 흡착원자의 확산은 보다 증가되었고, 그 결과 도 11c 및 (c-1)에서 보여주는 바와 같이 약간 울퉁불퉁한 표면의 작은 Au 입자의 핵생성을 가지는 것을 알 수 있다.Referring to Fig. 11 (c), the diffusion of adsorbed atoms was further increased at an increased heat treatment temperature of 300 ° C, and as a result, as shown in Fig. 11c and (c-1) Generation.

었다. .

도 11 (d)를 참조하면, 350℃의 열처리 온도에서는, 도 11d의 AFM 이미지 및 도 11 (d-2)의 라인 프로파일에서 도시된 바와 같이 Au 입자로부터 물결 모양의 나노구조로의 급격한 전환이 도 11 (c-1) 및 (d-1)의 라인 프로파일과 대비하여 약 ±10 nm의 높이 변화패턴을 가지는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 11 (d), at the heat treatment temperature of 350 ° C., a sharp transition from the Au particles to the wavy nanostructure as shown in the AFM image of FIG. 11 (d) and the line profile of FIG. 11 It can be seen that it has a height variation pattern of about +/- 10 nm as compared with the line profiles of Figs. 11 (c-1) and (d-1).

FFT 패턴 크기는 증가된 높이 변환으로 보다 감소되었고 Au 나노구조의 뚜렷한 방향성이 없었기 때문에 대칭적 원형이 되었다. 상기 Au 입자 및 물결 모양의 나노구조는 보머-웨버 성장모드법을 기반으로 생성될 수 있다.The FFT pattern size was reduced by the increased height conversion and became symmetrical because the Au nanostructures had no distinct directionality. The Au particles and the wavy nanostructures can be generated based on the Boomer-Weber growth mode method.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, Au 흡착원자 간의 결합에너지(Ea)가 Au 흡착원자와 GaAs 표면 원자 간의 결합에너지(Ei)보다 더 크기 때문에, Au 흡착원자는 상대적으로 낮은 어닐링 온도(Ta)에서 Au 입자 핵을 형성하기 위하여 병합될 수 있고 물결 모양의 Au 나노구조는 증가된 Ta에서 생성될 수 있음을 알 수 있다. According to one embodiment of the present invention, since the binding energy Ea between Au adsorbing atoms is larger than the binding energy Ei between Au adsorbing atoms and GaAs surface atoms, the Au adsorbing atoms have a relatively low annealing temperature Ta Au nanoparticles can be incorporated to form nuclei of Au and wavy Au nanostructures can be generated at increased Ta.

Au 입자의 핵생성 및 물결 모양의 나노구조와 관련하여 표면 형태의 변환은 GaAs 상에서 나타나는 독특한 특성임을 알 수 있다.The transformation of the surface morphology with respect to the nucleation and wavy nanostructures of the Au particles is a unique characteristic on GaAs.

예를 들어, GaAs 대신 Si(111)로 대체하여 실험한 결과, Au 입자 또는 물결 모양의 Au 나노구조가 50℃ 내지 850℃의 열처리 온도의 변화에서의 자발-형성된 Au 방울의 진화과정 에서는 나타나지 않는다. For example, substitution of Si (111) for GaAs has shown that Au particles or wavy Au nanostructures do not appear in the evolution of spontaneously formed Au droplets at a change in the heat treatment temperature of 50 ° C. to 850 ° C. .

또한, 고밀도 돔-형태의 Au 방울은 전 온도 범위에 걸쳐 관찰되었다. GaAs (111)A 상에서 어닐링온도(Ta) 증가와 함께 각 어닐링온도(Ta)에서 표면 형태의 뚜렷한 변환이 관찰되었고 높이 변환은 어닐링온도(Ta)에 따라 점진적으로 증가되었다. 증가된 열에너지에 의해 유도된 Au 흡착원자의 증가된 확산으로 인해 급격한 변환이 350℃에서 약 ±10 nm의 표면 변환과 함께 관찰되었다. In addition, high-density dome-shaped Au droplets were observed over the entire temperature range. A significant transformation of the surface morphology was observed at each annealing temperature (Ta) with increasing annealing temperature (Ta) on GaAs (111) A, and the height transitions were gradually increased with annealing temperature (Ta). Due to the increased diffusion of Au adsorbed atoms induced by increased thermal energy, abrupt transitions were observed with a surface transformation of about +/- 10 nm at 350 占 폚.

도 12는 400℃ 내지 550℃의 열처리 온도에 따른 GaAs (111)A 상에서의 자발-형성된 Au 방울의 진화 패턴을 보여준다. Figure 12 shows the evolution pattern of spontaneously formed Au droplets on GaAs (111) A at 400 < 0 > C to 550 < 0 > C heat treatment temperature.

도 12를 참조하면, 도 12 (a-2) 내지 (d-2)는 표면 라인 프로파일, 도 12 (a-3) 내지 (d-3)는 FFT 파워 스펙트럼, 도 12 (a-4) 내지 (d-4)는 높이 분포 그래프 (height distribution histogram, HDH)를 각각 도시한다. (도 12a, b, c, d의 AFM 상면 이미지는 3 ×3㎛2의 큰 면적을 보여주고, 도 12 (a-1) 내지 (d-1)는 1 ×1 ㎛2의 확대된 면적을 보여준다.)12 (a-2) to 12 (d-2) show the surface line profile, Figs. 12 (a- (d-4) show the height distribution histogram (HDH), respectively. (The Figure 12a, b, c, the enlarged upper surface area of the AFM image 12 to show a large area of 3 × 3㎛ 2, Fig. (A-1) to (d-1) of d is 1 × 1 ㎛ 2 Show me.)

도 13은 GaAs 기판상의 각 어닐링온도(Ta)에서의 자발-형성된 Au 방울의 크기 및 밀도 특성을 도시한 것이다.Fig. 13 shows the size and density characteristics of spontaneously formed Au droplets at each annealing temperature (Ta) on a GaAs substrate.

도 13을 참조하면, 도 13a는 평균 높이(AH), 도 13b는 측면 직경(LD) 및 도 13c는 평균 밀도 (AD)의 그래프를 도시한다.Referring to FIG. 13, FIG. 13A shows a graph of the average height (AH), FIG. 13B shows the side diameter (LD) and FIG. 13C shows the average density AD.

표 1은 GaAs(111)A, (110), (100) (111)B의 크기 및 밀도 값을 정리한 것이다.Table 1 summarizes the size and density values of GaAs (111) A, (110), and (100) (111) B.

Figure pat00003
Figure pat00003

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 400℃ 내지 550℃에서 자발-형성된 돔-형태의 Au 방울은 도 12에서 보여주는 바와 같이 증가된 열에너지(Au 흡착원자 간의 결합에너지 Ea > Au 흡착원자와 GaAs 표면 원자 간의 결합에너지 Ei)에서 Au 흡착원자의 증가된 확산으로 인해 물결 모양의 Au 나노구조가 우선적으로 표면에너지를 최소화하기 위하여 돔-형태의 Au 방울로 진화하는 특징을 가진다.
According to one embodiment of the present invention, spontaneously-formed dome-shaped Au droplets at 400 ° C to 550 ° C have increased thermal energy (bonding energy Ea between Au adsorption atoms> Au adsorption atoms and GaAs surface atoms Due to the increased diffusion of Au adsorbed atoms in the bond energy Ei between the wavy Au nanostructures are preferentially evolved into dome - shaped Au droplets to minimize surface energy.

도 13a, b, c를 참조하면, 크기 및 밀도의 진화에 있어서, GaAs (111)A 상의 어닐링 온도(Ta) 변화에 따라 밀도는 상대적으로 감소하는 반면 Au 방울의 AH 및 LD를 포함한 크기는 점진적으로 증가하는 특성을 가진다.Referring to Figs. 13A, B and C, in the evolution of size and density, the density decreases with the annealing temperature (Ta) change of GaAs (111) A phase, while the size including AH and LD of Au drops gradually As shown in FIG.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, GaAs 상의 Au 증착 특징은 400℃의 어닐링 온도(Ta)에서 자발-형성된 Au 방울이 생성되었으며, 350℃에서 물결 모양의 Au 나노구조로부터 400℃에서 돔-형태의 Au 방울로 변화되는 특징을 가지고 있음을 알 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the Au deposition feature on GaAs produced spontaneously-formed Au droplets at an annealing temperature (Ta) of 400 ° C, and from a wavy Au nanostructure at 350 ° C, a dome- It can be seen that it has a characteristic of changing into a droplet.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 이와 같은 특징을 적용하여 낮은 온도에서 돔-형태의 Au 방울을 얻기 위해서는 400℃ 어닐링 온도로 제어하고 물결 모양의 Au 나노구조를 형성하기 위해서는 어닐링 온도를 350℃까지로 제어함으로써, 원하는 Au 나노구조를 제조할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, in order to obtain a dome-shaped Au droplet at a low temperature by controlling the annealing temperature to 400 ° C. and forming a wavy Au nanostructure, annealing temperature is set to 350 ° C. , A desired Au nanostructure can be produced.

표 1을 참조하면, 400℃ 어닐링 온도에서 AH는 23.4 nm, LD는 128.6 nm, 및 AD는 1.39×1010 cm-2이다. Referring to Table 1, at 400 캜 annealing temperature, AH is 23.4 nm, LD is 128.6 nm, and AD is 1.39 횞 10 10 cm -2 .

도 12 (a-4)에서 보여주는 바와 같이 높이 분포 히스토 그램(HDH(Height distribution histograms))는 약 ±15 nm이었다. As shown in Fig. 12 (a-4), the height distribution histograms (HDH) were about ± 15 nm.

도 13을 참조하면, 450℃에서 Au 방울 크기가 더 커졌고 밀도는 더 낮아졌다. 표 1을 참조하면, 450℃에서 AH는 1.09배 증가하여 25.4 nm×가 되었고, LD는 1.04배 증가하여 133.8 nm가 되었다. 밀도는 1.33배 감소하여 1.23 ×1010 cm-2가 되었다. Referring to FIG. 13, the Au droplet size was larger and the density was lower at 450 ° C. Referring to Table 1, at 450 ° C, AH increased by 1.09 times to 25.4 nm ×, and LD increased by 1.04 to 133.8 nm. The density decreased by 1.33 times to 1.23 10 10 cm -2 .

또한, 도 12c를 참조하면, 500℃에서 Au 방울의 크기는 보다 더 커지고 밀도는 상대적으로 감소한다. 500℃에서 AH 및 LD는 각각 1.14 및 1.04배 증가하여 28.9 및 138.5 nm가 되는 반면 AD는 1.04배 감소하여 1.23 ×1010 cm-2가 된다. 도 12 (c-4)를 참조하면, 500℃에서 HDH는 크기의 증가에 따라 ±20 nm 이상으로 더 연장된다. Further, referring to FIG. 12C, the size of the Au droplet is larger and the density is relatively decreased at 500 ° C. At 500 ° C, AH and LD are increased by 1.14 and 1.04 times, respectively, to 28.9 and 138.5 nm, while AD is decreased by 1.04 times to 1.23 × 10 10 cm -2 . Referring to FIG. 12 (c-4), at 500 ° C, the HDH is further extended to more than ± 20 nm as the size increases.

550℃ 열처리 온도에서, 도 13을 참조하면, Au 방울의 크기는 계속해서 증가하고 밀도는 계속해서 감소하는 특징을 알 수 있다.Referring to FIG. 13, at the heat treatment temperature of 550 캜, the size of the Au droplet continuously increases and the density continues to decrease.

표 1을 참조하면, 550℃ 열처리 온도에서 AH 및 LD는 각각 1.11 및 1.04배 증가하여 32.2 및 143.4 nm가 되고 AD는 1.11배 감소하여 9.9 × 109 cm-2가 된다. Referring to Table 1, AH and LD are increased by 1.11 and 1.04 times to 32.2 and 143.4 nm, respectively, and the AD is decreased by 1.11 times to 9.9 × 10 9 cm -2 at a heat treatment temperature of 550 ° C.

도 12 (d-4)를 참조하면, 550℃ 열처리 온도에서 HDH는 Au 방울의 높이의 증가에 따라 ±20 nm 이상 명확하게 넓어지는 특징을 가지는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 12 (d-4), it can be seen that at a heat treatment temperature of 550 ° C., the HDH clearly spreads more than ± 20 nm as the height of the Au droplet increases.

도 12 (a-3) ~ (d-3)의 대칭적 원형의 FFT 파워 스펙트럼에서 보여주는 바와 같이 GaAs (111)A 상의 자발-형성된 Au 방울은 400℃ 내지 550℃ 범위의 열처리 온도 변화에서 매우 우수한 균일성에 대한 특징을 가지는 것을 알 수 있다.As shown in the symmetrical circular FFT power spectrum of Figs. 12 (a-3) to (d-3), spontaneously formed Au drops on GaAs (111) A exhibit excellent It can be seen that it has characteristics of uniformity.

어닐링온도(Ta) 증가에 따라 전반적인 크기의 증가와 밀도의 감소를 보여주었다. 어닐링온도(Ta) 열처리 온도 변화에 따른 크기 및 밀도의 진화는 다음 식으로 설명될 수 있다. As the annealing temperature (Ta) increased, the overall size increased and the density decreased. Annealing Temperature (Ta) Evolution of size and density with temperature change of heat treatment can be explained by the following equation.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 확산거리 (lD)는 다음의 [식1]

Figure pat00004
(여기서 D는 표면확산계수이고 T는 원자의 잔류시간이다.)으로 표시될 수 있다. 또한, 여기서 [식 2]
Figure pat00005
로 표현될 수 있다(여기서 Tsb은 기판 온도이며 어닐링 온도(Ta)에 해당한다.)According to an embodiment of the present invention, the diffusion distance l D can be calculated by the following equation (1)
Figure pat00004
(Where D is the surface diffusion coefficient and T is the residence time of the atom). Further, in the expression (2)
Figure pat00005
(Where T sb is the substrate temperature and corresponds to the annealing temperature Ta).

위 식을 참조하면, 어닐링온도(Ta)가 증가할수록 D는 비례적으로 증가하고, 이로 인해, Au 원자 간의 더 강한 결합에너지 (Ea > Ei)를 고려할 때 (lD)도 증가하게 된다. lD가 증가하는 것에 비례하여 Au 방울의 밀도는 감소하는 것으로 표현될 수 있다. Referring to the above equation, D increases proportionally as the annealing temperature (Ta) increases, which increases (l D ) when considering the stronger bond energy (Ea> Ei) between the Au atoms. The density of Au droplets can be expressed as decreasing in proportion to the increase in D.

도 14는 250℃ 내지 550℃ 범위의 어닐링온도(Ta) 변화에서 기여된 GaAs (110) 상의 자발-형성된 Au 방울의 진화과정을 도시한 것이다.Figure 14 illustrates the evolution of spontaneously formed Au droplets on GaAs (110) contributed by an annealing temperature (Ta) change in the range of 250 ° C to 550 ° C.

도 15 및 7은 GaAs (100) 및 (111) B 상의 자발-형성된 Au 방울의 진화과정을 나타낸다. 일반적으로, GaAs (110), (100), 및 (111)B 상의 Au 방울의 진화과정은 도 11에서 보여주는 바와 같은 Au 입자의 핵생성 및 물결 모양의 나노구조에 있어서 GaAs (111)A 상의 Au 입자의 핵생성 및 물결 모양의 나노구조의 진화과정과 유사한 특징을 가지며, 또한, 도 13의 그래프에 요약된 바와 같이 어닐링온도(Ta)에 따른 크기 및 밀도의 진화와도 유사한 현상을 보여준다. Figures 15 and 7 show the evolution of spontaneously formed Au droplets on GaAs (100) and (111) B. Generally, the evolution of Au droplets on GaAs (110), (100), and (111) B is due to the nucleation and wavy nanostructures of Au particles as shown in FIG. 11, And has a similar phenomenon to the evolution of size and density according to the annealing temperature (Ta) as summarized in the graph of FIG. 13.

따라서 본 발명의 일 실시 예에 따르면, GaAs (110), (100), 및 (111)B 상의 Au 방울의 진화과정의 제어 특징은 GaAs (111)A 상의 Au 입자의 진화과정의 제어특징에 유사하게 적용될 수 있는 것으로 본다.Therefore, according to one embodiment of the present invention, the control feature of the evolution process of Au droplets on GaAs (110), (100), and (111) B is similar to the control feature of the evolution process of Au particles on GaAs And the like.

예를 들어, 250℃ 내지 350℃ 범위의 GaAs (110) 상의 Au 입자의 핵생성 및 물결 모양의 Au 나노구조는 도 14b, c, d에서 보여주는 바와 같이 명확하게 관찰되었고, 400℃ 내지 550℃ 범위의 자발-형성된 돔-형태의 Au 방울은 도 14e, f, g, h에서 보여주는 바와 같이 성공적으로 생성되었다. 도 13에서 보여주는 바와 같이 GaAs (110) 상의 방울의 크기도 또한 어닐링온도(Ta)의 증가에 따라 일정하게 증가한 반면, 밀도는 상대적으로 감소하였다. For example, nucleation and wavy Au nanostructures of Au particles on GaAs (110) in the range of 250 ° C to 350 ° C were clearly observed as shown in Figs. 14b, c and d, Of the sputter-formed dome-shaped Au droplets were successfully generated as shown in Figs. 14e, f, g, h. As shown in FIG. 13, the size of the droplet on the GaAs 110 also increased uniformly as the annealing temperature Ta increased, while the density decreased relatively.

밀도가 감소하는 비율은 400℃에서 550℃로 증가하는 동안 (111)A는 While the rate of decreasing density increases from 400 ° C to 550 ° C (111) A

40 × 108 -2, (110), (100), (111)B는 41 × 108 -2로서 모두 유사한 비율로 줄어드는 것을 알 수 있다.40 × 10 8 cm -2 , (110), (100), and (111) B are 41 × 10 8 cm -2, which are all reduced at a similar rate.

즉, 열처리 온도 400℃ ~ 550℃ 범위에서는 평균적으로 열처리 온도가 1℃ 상승시마다 26.5 ~ 27.4 × 106 - 2비율로 밀도가 줄어드는 것을 알 수 있다.That is, in the heat treatment temperature of 400 ℃ ~ 550 ℃ range average, the heat treatment temperature is rising every 1 ℃ 26.5 ~ 27.4 × 10 6- it can be seen that the decline in the density to 2 ratio.

그러나 도 13a, b의 (111)A 라인 아래 (110) 라인에서 보여주듯이 GaAs (110) 상의 방울의 크기는 GaAs (111)A 상의 방울의 크기보다 약간 작았고, 그 결과 도 13c의 (111)A 라인 위에 (110) 라인에서 보여주듯이 밀도는 전 온도 범위에 걸쳐 약간 더 높았다. 예를 들어, 400℃에서 (110)의 AH, LD, 및 AD는 각각 22.6 nm, 122.5 nm, 및 1.48 ×1010 cm-2이었고, 이는 GaAs (111)A의 AH, LD, 및 AD와 비교하여 크기는 3.42% 및 4.47% 더 작고 밀도는 6.47% 더 높았다. 이와 유사하게, 550℃에서 (110) 상의 방울의 크기 및 밀도는 각각 31.2 nm (AH), 141 nm (LD), 및 1.07 ×1010 cm-2 (AD)이었고, 이는 GaAs (111)A의 AH, LD, 및 AD와 비교하여 AH는 3.11% 및 LD는 1.67% 더 작았고 AD는 8.08% 더 높았다. GaAs (110) 상의 자발-형성된 Au 방울은 어닐링온도(Ta) 범위 전반에 걸쳐 GaAs (111)A의 방울보다 크기는 더 작았고 밀도는 상대적으로 더 높았다. 13A, the size of the droplet on the GaAs 110 is slightly smaller than the size of the droplet on the GaAs 111. As shown in FIG. 13C, (111) A The density was slightly higher over the entire temperature range, as shown in line (110) above the line. For example, at 400 ° C, AH, LD, and AD of (110) were 22.6 nm, 122.5 nm, and 1.48 × 10 10 cm -2 , respectively, which is comparable to AH, LD, and AD of GaAs The size was 3.42% and 4.47% smaller and the density was 6.47% higher. Similarly, the size and density of droplets on (110) at 550 ° C were 31.2 nm (AH), 141 nm (LD), and 1.07 × 10 10 cm -2 (AD) Compared with AH, LD, and AD, AH was 3.11%, LD was 1.67% smaller, and AD was 8.08% higher. Spontaneously formed Au droplets on GaAs (110) were smaller in size and relatively higher in density than drops of GaAs (111) A over the annealing temperature (Ta) range.

본 발명의 일 실시 예에 따른 도 15b, c, d 및 7b, c, d를 참조하면, 250℃ 내지 350℃에서 GaAs (100) 및 (111)B 상의 Au 입자의 핵생성 및 물결 모양의 나노구조가 뚜렷하게 관찰되었고, 도 15e, f, g, h 및 7e, f, g, h에서 보여주는 바와 같이, 400℃ 내지 550℃에서 자발-형성된 Au 방울이 생성되었다. 15b, c, d, and 7b, c, and d in accordance with an embodiment of the present invention, nucleation and wavy nano-particles of Au particles on GaAs (100) and (111) The structure was distinctly observed and spontaneously formed Au droplets were generated at 400 ° C to 550 ° C, as shown in Figures 15e, f, g, h and 7e, f, g, h.

마찬가지로, GaAs (100) 및 (111)B 상의 Au 방울의 크기는 어닐링온도(Ta)의 증가에 따라 일정하게 증가하였고 밀도는 상대적으로 감소하였다. 면지수에 따라 인덱스 간의 크기 및 밀도에 있어서 명확한 차이가 나타났고, 이러한 경향은 도 13에서 명확하게 보여주는 바와 같이 어닐링온도(Ta) 전 범위에 걸쳐 일정하게 나타났다. 예를 들어, GaAs (111)B는 각 어닐링온도(Ta) 지점에서 가장 작은 Au 방울을 보여 그래프 (a) 및 (b)의 하단에 (111)B가 위치하였고, (100)는 두 번째이었다. (110)는 크기가 보다 증가하였고 가장 큰 방울은 GaAs (111)A 상에 생성되었다. 밀도에 있어서, GaAs (111)B가 각 어닐링온도(Ta) 지점에서 가장 큰 밀도를 보였고, 다음으로 (100), (110), 및 (111)A 순이었다. Similarly, the size of Au droplets on GaAs (100) and (111) B increased uniformly with increasing annealing temperature (Ta) and density decreased relatively. The surface indices showed a clear difference in size and density between the indices, and this tendency was constant over the entire annealing temperature (Ta) as clearly shown in FIG. For example, GaAs (111) B shows the smallest Au droplet at each annealing temperature (Ta), (111) B at the bottom of graphs (a) and (b) . (110) was increased in size and the largest droplet was generated on GaAs (111) A. In terms of density, GaAs (111) B showed the largest density at each annealing temperature (Ta), followed by (100), (110), and (111) A.

섬아연광 격자(zinc blende lattice)의 밀러지수(Miller index) [110]는 [100]에서 [010] 방향으로 45˚에 위치하고, 이러한 [111]을 갖는 두 지수는 높은 지수를 제외하고 일반적인 섬아연광 지수를 나타낼 수 있다. 상기 기재한 바와 같이, 확산거리 (l D )는 직접적으로 어닐링온도(Ta)와 관련될 수 있으므로 Au 방울의 크기 및 밀도에 영향을 줄 수 있다. l D 는 미결합 밀도(dangling bond density), 원자계단 밀도(atomic step density), 및 표면 재결합 (surface reconstruction)와 같은 몇 가지 요인으로 인한 근 제곱 평균 (root mean squared, RMS)으로 산출한 표면 거칠기(surface roughness, Rq)와도 관계가 있을 수 있다. The Miller index [110] of the zinc blende lattice is located at 45 ° from [100] to [010], and these two indices with [111] Quot; index ". As described above, the diffusion distance l D can be directly related to the annealing temperature Ta, which can affect the size and density of Au droplets. l D is the surface roughness calculated by root mean squared (RMS) due to several factors such as dangling bond density, atomic step density, and surface reconstruction. (surface roughness, R q ).

한 표면의 Rq 값이 보다 낮을 경우, 표면은 더 긴 lD를 가질 수 있고, 그로 인해 Au 방울의 크기는 더 크고 밀도는 더 낮을 수 있다. If the R q value of a surface is lower, the surface may have a longer l D , which may result in larger Au droplets and lower density.

GaAs 상의 Rq 값은 다음과 같다.R q on GaAs The values are:

(111)A, 0.289 nm; (110), 0.305 nm; (100), 0.322 nm; 및 (111)B, 0.291 nm.(111) A, 0.289 nM; (110), 0.305 nm; (100), 0.322 nM; And (111) B, 0.291 nm.

GaAs (111)A가 가장 낮은 Rq를 보였고 (110)은 조금 증가된 값을 보였다. 따라서, 도 13을 참조하면, 이는 GaAs (111)A 상의 방울의 크기가 더 크고 밀도가 더 낮음을 설명할 수 있다. GaAs (111) A showed the lowest R q and (110) showed a slight increase. Therefore, referring to Fig. 13, it can be explained that the size of the droplet on the GaAs (111) A is larger and the density is lower.

이와 유사하게, 증가된 Rq 값을 갖는 (110)상의 Au 방울과 비교했을 때, GaAs (100) 상의 Au 방울의 크기의 감소 및 밀도의 증가와 연관이 있을 수 있다. 그러나 (111)B 표면은 (111)A 와 유사한 Rq 를 보였고, 가장 작은 크기 및 가장 큰 밀도를 보였다. Similarly, the increased Rq May be associated with a decrease in the size of Au drops on the GaAs (100) and an increase in density, as compared to Au drops on (110) having a value of. However, the (111) B surface showed R q similar to (111) A, showing the smallest and largest density.

타입-A GaAs 표면은 Ga-풍부한 특성을 가지는 반면, 타입-B 표면은 As-풍부한 특성을 가진다. Type-A GaAs surfaces have Ga-rich properties while Type-B surfaces have As-rich properties.

Au 방울-GaAs 계면의 원자 모델을 기반으로 하여 Ga-풍부 표면은 As-풍부 표면 보다 높은 계면에너지를 가질 수 있다. 따라서, 타입-B 표면상의 Au 원자의 감소된 확산은 낮은 l D 를 야기시킬 수 있고, 보다 큰 밀도를 갖는 보다 작은 방울의 크기를 나타낼 수 있다. Based on the atomic model of the Au-GaAs interface, the Ga-rich surface can have higher interface energy than the As-rich surface. Thus, the reduced diffusion of Au atoms on the Type-B surface can cause a lower l D and can represent the size of smaller droplets with larger densities.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 다양한 GaAs 표면상의 자발-형성된 Au 방울의 진화과정은 어닐링 온도에 따라 각각 크기 및 밀도에서 각각 다른 특성을 나타나고 있으므로 이를 이용하여 원하는 특성의 Au나노구조를 제조할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, since the evolution of spontaneously formed Au droplets on various GaAs surfaces exhibits different characteristics in terms of size and density depending on the annealing temperature, Au nanostructures of desired characteristics can be manufactured have.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 고유의 Au 입자 및 물결 모양의 나노구조의 핵생성 단계가 250℃ 내지 350℃의Ta 범위에서 다양한 GaAs 표면상에서 형성되는 특징을 가지고 있음을 알 수 있다.According to one embodiment of the present invention, it can be seen that the nucleation step of native Au particles and wavy nanostructures is formed on various GaAs surfaces in the Ta range of 250 ° C to 350 ° C.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 우수한 균일성을 갖는 자발-형성된 돔-형태의 Au 방울이 400℃ 내지 550℃ 생성되며, Au 방울의 평균 높이 및 측면 직경은 Ta의 증가와 함께 점진적으로 증가하였고, 평균 밀도는 각 Ta 지점에서 상대적으로 감소하는 특징을 가지고 있음을 알 수 있다.Also, according to one embodiment of the present invention, spontaneously-formed dome-shaped Au drops having excellent uniformity are produced at 400 ° C to 550 ° C, and the average height and side diameter of the Au drops gradually increase And the average density is relatively decreased at each Ta point.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 크기 및 직경에 있어서 Ta 전 범위에 걸쳐 GaAs (111)A > (110) > (100) > (111)B의 순서를 가지는 것을 특징으로 한다.According to an embodiment of the present invention, GaAs (111) A> (110)> (100)> (111) B are sequentially arranged over the entire range of Ta in terms of size and diameter.

본 발명의 일 실시 예에서는 2.5nm Au 증착 후의 열처리 온도를 변화하는 것으로 실험되었으나, 다른 두께로 반복 실험 결과 상기 증착 두께는 2 ~ 20nm 범위 중 어느 하나의 두께에서는 유사한 결과를 얻을 수 있는 것으로 나타났다.In one embodiment of the present invention, it has been experimentally tried to change the heat treatment temperature after deposition of 2.5 nm Au. Repeated experiments with different thicknesses have shown that the deposition thickness can be obtained at any thickness in the range of 2 to 20 nm.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 전술한 열처리 변화에 따른 패턴의 변화요소를 GaAs 상에 증착되는 Au 방울의 제어 인자로 활용하여 Au 증착에 따른 제조 공정상의 성장 제어 방법으로 활용할 수 있다. 즉, GaAs 상에 고정된 증착량 하에서 열처리 온도를 제어하는 것에 의하여 요구되는 크기 및 밀도의 특징을 갖는 Au 방울을 제조할 수 있다.
According to one embodiment of the present invention, the pattern change factor according to the above-described heat treatment change can be utilized as a growth control method in the manufacturing process according to the Au deposition by using the change factor as the control factor of the Au droplet deposited on the GaAs. That is, Au droplets having the size and density characteristics required by controlling the heat treatment temperature under the deposition amount fixed on GaAs can be produced.

Claims (12)

GaAs 기판상에 펄스 레이즈 증착법에 의해 진공 플라즈마 이온 코팅 챔버하에서 Au 방울을 자발-형성방법으로 증착하는 Au 증착 방법에 있어서,
상기 증착된 Au 방울의 나노 구조물에 대한 평균 높이, 측면 직경, 밀도 및 표면거칠기 중 어느 하나 이상의 특성을 증착 과정의 열처리 온도 또는 Au 증착량에 의하여 제어하는 것을 특징으로 하는 GaAs 기판상에 Au 방울의 성장 제어방법
A method of depositing Au on a GaAs substrate by sputtering under vacuum plasma ion deposition chamber by Pulsed laser deposition,
Wherein at least one of an average height, a side diameter, a density and a surface roughness of the deposited Au droplet is controlled by a heat treatment temperature or an Au deposition amount in the deposition process. Growth control method
제1항에 있어서,
상기 열처리 온도에 의하여 제어하는 것은,
상기 Au 증착량을 2 nm ~ 20 nm 중 어느 하나의 일정 두께로 증착한 후에, 상기 열처리 온도는 100 ~ 550℃ 범위에서 목표 온도로 제어하는 것을 특징으로 하는 GaAs 기판상에 Au 방울의 성장 제어방법
The method according to claim 1,
Controlled by the heat treatment temperature,
Wherein the Au deposition amount is controlled to a target temperature in the range of 100 to 550 ° C. after depositing the Au deposition amount to a predetermined thickness of 2 nm to 20 nm,
제2항에 있어서,
상기 열처리 온도에 의하여 제어하는 것은,
상기 열처리 온도가 상승되면, 상기 평균 높이, 측면 직경은 커지고 상기 밀도가 작아지는 특성을 이용하여 제어하는 것을 특징으로 하는 GaAs 기판상에 Au 방울의 성장 제어방법
3. The method of claim 2,
Controlled by the heat treatment temperature,
Wherein the control is performed using a characteristic that the average height and the side diameter are increased and the density is decreased when the heat treatment temperature is raised.
제3항에 있어서,
상기 측면 직경과 관련된 확산 거리(lD)는 다음 식에 의하여 연산되는 것을 특징으로 하는 GaAs 기판상에 Au 방울의 성장 제어방법
Figure pat00006
Figure pat00007

(여기서 D는 표면확산계수이고 T는 원자의 잔류시간이며, Tsb은 어닐링 온도(Ta)에 해당되는 것임)
The method of claim 3,
Wherein the diffusion distance (I D ) associated with the side diameter is calculated by the following equation: < EMI ID =
Figure pat00006
Figure pat00007

(Where D is the surface diffusion coefficient, T is the residence time of the atom, and T sb is the annealing temperature Ta)
제4항에 있어서,
상기 밀도는 상기 확산 거리(lD)가 증가하는 것에 비례하여 감소하는 것을 특징으로 하는 GaAs 기판상에 Au 방울의 성장 제어방법
5. The method of claim 4,
Wherein the density is decreased in proportion to an increase in the diffusion distance (I D ).
제1항에 있어서,
상기 증착된 Au 방울이 균일성을 갖는 돔 형태의 특징을 가지도록 형성하기 위하여 상기 열처리 온도를 400℃ 내지 550℃ 범위에서 제어하는 것을 특징으로 하는 GaAs 기판상에 Au 방울의 성장 제어방법
The method according to claim 1,
Wherein the annealing temperature is controlled in the range of 400 ° C to 550 ° C so as to form the deposited Au droplets having a dome-like characteristic having uniformity.
제1항에 있어서
상기 증착된 Au 방울의 표면이 물결 모양 형태의 나노 구조 특징을 가지도록 형성하기 위하여 상기 열처리 온도를 250℃ 내지 250℃ 범위에서 제어하는 것을 특징으로 하는 GaAs 기판상에 Au 방울의 성장 제어방법
The method of claim 1, wherein
Wherein the annealing temperature is controlled in a range of 250 ° C to 250 ° C so as to form the surface of the deposited Au droplet so as to have a wavy nanostructured characteristic.
제1항에 있어서
상기 열처리 온도에 의하여 제어하는 것은,
상기 열처리 온도 400℃ ~ 550℃ 범위 내에서 상기 열처리 온도가 1℃ 상승시마다 26.5 ~ 27.4 × 106 - 2비율로 밀도가 감소하는 특징에 의하여 제어하는 것을 특징으로 하는 GaAs 기판상에 Au 방울 성장 제어방법
The method of claim 1, wherein
Controlled by the heat treatment temperature,
Characterized in that the density is controlled in the range of 26.5 to 27.4 x 10 < 6 > cm & lt ; 2 > at the temperature of the heat treatment in the range of 400 DEG C to 550 DEG C each time the heat treatment temperature is increased by 1 DEG C, Control method
제1항에 있어서,
상기 Au 증착량에 의하여 제어하는 것은,
상기 Au 증착량을 2 ~ 20nm 범위에서 증착 제어를 수행한 후에 PLD 챔버에서 1 ×10-4 Torr 미만의 진공하에서 온도 823K에서 열처리 과정을 포함하여 제어하는 것을 특징으로 하는 GaAs 기판상에 Au 방울 성장 제어방법
The method according to claim 1,
Controlled by the amount of Au deposition,
Wherein the Au deposition amount is controlled in a range of 2 to 20 nm, and then controlled in a PLD chamber under a vacuum of less than 1 x 10 -4 Torr at a temperature of 823 K, including a heat treatment process. Control method
제1항에 있어서,
상기 Au 증착량에 의하여 제어하는 것은,
상기 표면거칠기는, 상기 Au 증착량이 2nm ~ 9 nm 범위에서는 1nm Au 증착 당 평균 3.086 nm(표면 상태를 근 평균 제곱으로 연산된 수치임)의 증가율로 증가되며, 상기 Au 증착량이 9nm를 초과하여 20nm까지의 범위에서는 1nm 증착 당 평균 0.809 nm(표면 상태를 근 평균 제곱으로 연산된 수치임)의 감소율로 감소되는 특성으로 상기 표면거칠기를 제어하는 것을 특징으로 하는 GaAs 기판상에 Au 방울 성장 제어방법
The method according to claim 1,
Controlled by the amount of Au deposition,
The surface roughness is increased by an increase rate of 3.086 nm per 1 nm Au deposition (in which the surface state is a value calculated by the root mean square) when the Au deposition amount is in the range of 2 nm to 9 nm, and when the Au deposition amount exceeds 20 nm Wherein the surface roughness is controlled by a characteristic of decreasing the average of 0.809 nm per 1 nm deposition (the surface state is a value calculated by the root mean square)
제1항에 있어서,
상기 Au 증착량에 의하여 제어하는 것은,
상기 Au 증착량이 2 ~ 6 nm 범위에서는 1.9 × 109/㎠ ~ 4.48 1010 범위의 밀도를 가지는 원형 돔-형태의 미니 방울이 생성되며, 상기 Au 증착량이 10 ~ 20 nm 이상의 범위에서는 6.1 × 108 ~ 1.12 × 108 범위의 저밀도를 가지는 큰 Au 방울이 형성되는 특성을 이용하여 상기 밀도를 제어하는 것을 특징으로 하는 GaAs 기판상에 Au 방울 성장 제어방법
The method according to claim 1,
Controlled by the amount of Au deposition,
A circular dome-shaped mini droplet having a density in the range of 1.9 × 10 9 / cm 2 to 4.48 10 10 is produced in the range of the Au deposition amount of 2 to 6 nm, and 6.1 × 10 8 ~ 1.12 × 10 8 droplets grow larger Au Au droplet on a GaAs substrate, characterized in that for controlling the density using the characteristics to be formed having a low density in the range of the control method
제1항에 있어서,
상기 Au 증착량에 의하여 제어하는 것은,
상기 Au 증착량이 2nm으로부터 20 nm까지 변화될 때, 형성되는 Au 방울의 상기 평균 높이는 상기 증착량 2nm의 평균 높이에 4.26배 증가하고, 상기 Au 방울의 측면 직경은 상기 증착량 2nm의 측면 직경의 8.25배 증가하는 특성을 이용하여 제어하는 것을 특징으로 하는 GaAs 기판상에 Au 방울 성장 제어방법
The method according to claim 1,
Controlled by the amount of Au deposition,
When the Au deposition amount is changed from 2 nm to 20 nm, the average height of the Au droplets to be formed is increased by 4.26 times to the average height of the deposition amount of 2 nm, and the side diameter of the Au droplet is 8.25 Wherein the GaAs substrate is grown on a GaAs substrate by using an Au growth control method
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20180068574A (en) * 2016-12-14 2018-06-22 광운대학교 산학협력단 Method for controlling of growth of self-assembled Au nanoparticles on GaN

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