KR20200030817A - Photosensitive ferrite film and manufacturing method thereof - Google Patents

Photosensitive ferrite film and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
KR20200030817A
KR20200030817A KR1020180109531A KR20180109531A KR20200030817A KR 20200030817 A KR20200030817 A KR 20200030817A KR 1020180109531 A KR1020180109531 A KR 1020180109531A KR 20180109531 A KR20180109531 A KR 20180109531A KR 20200030817 A KR20200030817 A KR 20200030817A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
thin film
ferrite
photosensitive
ferrite thin
manufacturing
Prior art date
Application number
KR1020180109531A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102225752B1 (en
Inventor
이우성
양형우
오혜령
이규현
Original Assignee
전자부품연구원
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 전자부품연구원 filed Critical 전자부품연구원
Priority to KR1020180109531A priority Critical patent/KR102225752B1/en
Publication of KR20200030817A publication Critical patent/KR20200030817A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102225752B1 publication Critical patent/KR102225752B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/14Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates
    • H01F41/24Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates from liquids
    • H01F41/28Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates from liquids by liquid phase epitaxy
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/02Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition
    • C23C18/12Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of inorganic material other than metallic material
    • C23C18/1204Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of inorganic material other than metallic material inorganic material, e.g. non-oxide and non-metallic such as sulfides, nitrides based compounds
    • C23C18/1208Oxides, e.g. ceramics
    • C23C18/1216Metal oxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/02Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition
    • C23C18/12Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of inorganic material other than metallic material
    • C23C18/125Process of deposition of the inorganic material
    • C23C18/1258Spray pyrolysis
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/02Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition
    • C23C18/12Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of inorganic material other than metallic material
    • C23C18/125Process of deposition of the inorganic material
    • C23C18/1291Process of deposition of the inorganic material by heating of the substrate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/08Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers
    • H01F10/10Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition
    • H01F10/18Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition being compounds
    • H01F10/20Ferrites
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/14Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates
    • H01F41/22Heat treatment; Thermal decomposition; Chemical vapour deposition

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Magnetic Ceramics (AREA)
  • Compounds Of Iron (AREA)

Abstract

Disclosed are a photosensitive ferrite film having high functionality and a manufacturing method thereof. According to the present invention, a method for manufacturing a photosensitive ferrite thin film comprises the steps: positioning a substrate on a rotating device; and spraying a raw material onto a rotating substrate to form an M-Ni-Zn ferrite thin film.

Description

광 감응성 페라이트 박막 및 그 제조방법{Photosensitive ferrite film and manufacturing method thereof}Photosensitive ferrite film and manufacturing method thereof

본 발명은 광 감응성 페라이트 박막 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외부 자극에 반응할 수 있어 고기능성을 갖는 광 감응성 페라이트 박막 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a photosensitive ferrite thin film and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a photosensitive ferrite thin film capable of reacting to external stimuli and having high functionality, and a method for manufacturing the same.

산화철계로 구성되어 있는 페라이트는 소재적인 측면에서 여러 가지 응용 분야를 갖고 있는 물질로써, 지난 수십여년 동안 많은 연구와 개발이 이루어져왔다. 자성 재료의 응용 범위는 고주파 영역의 집적회로에서부터 자기기록매체 등에 이르기까지 전자기적 기능을 갖게 하는 다양한 분야로 확대되어 왔다. 특히 최근에는 마이크로-나노 소자 관련 기술의 비약적인 발전으로 인해 각종 전기, 전자기기의 소형화 및 경량화가 이루어지고 있으며, 고기능성 및 다기능을 동시에 사용하는 목적으로 벌크에서 저차원 나노 소재로의 연구가 확대되고, 이에 대한 수요가 급증하고 있다.Ferrite composed of iron oxide is a material that has various fields of application in terms of material, and has been researched and developed over the past decades. The application range of magnetic materials has been expanded to various fields that have electromagnetic functions, from integrated circuits in the high-frequency region to magnetic recording media. In particular, in recent years, due to the rapid development of micro-nano device-related technologies, miniaturization and weight reduction of various electric and electronic devices have been achieved, and the research from bulk to low-dimensional nano materials has been expanded for the purpose of simultaneously using high functionality and multi-function. However, demand for this is rapidly increasing.

이에 맞추어, 페라이트 소재 역시 박막이나 나노와이어 등의 구조체로 개발이 진행되면서, 구동 주파수 대역이 GHz까지 증가되고, 열적 안정성과 고투자율 및 공명 주파수가 높은 소재로의 연구 개발이 활발히 진행 중이다.In line with this, as ferrite materials are being developed into structures such as thin films or nanowires, the driving frequency band is increased to GHz, and research and development into materials having high thermal stability, high permeability and resonance frequency is actively underway.

특히, 최근의 페라이트 박막 연구 동향에 따르면, 전통적인 스퍼터링 등의 방법에서 수용액 기반의 합성법인 졸-겔법 및 산화-환원 반응을 기반으로 하는 무전해 도금법을 응용한 스핀-스프레이 합성법 등의 다양한 페라이트 박막 제조법이 개발되었다. 그러나, 스퍼터링 방법이나 화학 기상 증착법 등의 제조 방법은 고품질의 박막 형성이 가능한 장점이 있지만, 상대적으로 페라이트 박막의 특성을 제어하기에 알맞지 않고, 조성 변화를 위한 추가 적인 작업에 비용과 시간의 낭비가 심하다는 단점이 존재한다.In particular, according to recent ferrite thin film research trends, various ferrite thin film manufacturing methods, such as a sol-gel method, which is an aqueous solution-based synthesis method and a spin-spray synthesis method, which uses an electroless plating method based on an oxidation-reduction reaction, are used in methods such as traditional sputtering. It was developed. However, a manufacturing method such as a sputtering method or a chemical vapor deposition method has the advantage of being capable of forming a high-quality thin film, but is relatively unsuitable for controlling the properties of a ferrite thin film, and wastes cost and time for additional work for changing the composition. The disadvantage is that it is severe.

이에 반하여, 산화-환원 반응을 기반으로 스핀-스프레이 합성법이 페라이트 박막 제작에 주목받고 있다. 스핀-스프레이 합성법은 고진공이 필요하지 않고, 반응액의 금속 용매의 배합을 통해 페라이트 박막 자체의 조성을 쉽게 제어할 수 있고, 이를 통해 막의 자성 및 전기적 특성의 제어가 용이하다는 장점을 가지고 있다. On the other hand, the spin-spray synthesis method based on the oxidation-reduction reaction has attracted attention in the production of ferrite thin films. The spin-spray synthesis method does not require high vacuum and can easily control the composition of the ferrite thin film itself through the mixing of a metal solvent in the reaction solution, thereby making it easy to control the magnetic and electrical properties of the film.

대표적인 스피넬 구조의 Ni-Zn 페라이트는 상대적으로 전기비저항이 높아서 고주파수 영역(50 MHz 부근)까지 사용할 수 있고 높은 포화자속밀도 등의 장점으로 마이크로파 영역대의 자성 재료로서 사용이 활발하게 이루어지고 있다. 그러나, Ni-Zn 페라이트는 전기 저항이 높아 전기적으로 절연체 특성을 보여, 자성 소자이외의 활용이 어려운 단점이 있다. The typical spinel structure of Ni-Zn ferrite has a relatively high electrical resistivity, so it can be used up to a high frequency region (around 50 MHz) and is actively used as a magnetic material in the microwave region due to advantages such as high saturation magnetic flux density. However, Ni-Zn ferrite has a high electrical resistance and thus exhibits electrical insulator characteristics, making it difficult to utilize other than magnetic elements.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 외부 자극에 반응할 수 있어 고기능성을 갖는 광 감응성 페라이트 박막 및 그 제조방법을 제공하는데 있다. The present invention is to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a photosensitive ferrite thin film having high functionality and capable of reacting to external stimuli and a method for manufacturing the same.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 광 감응성 페라이트 박막 제조방법은 회전장치 상에 기판을 위치시키는 단계; 및 회전하는 기판 상에 원료물질을 분사하여 M-Ni-Zn 페라이트 박막을 형성하는 단계;를 포함한다. A method of manufacturing a photosensitive ferrite thin film according to an aspect of the present invention for achieving the above object includes the steps of positioning a substrate on a rotating device; And forming a M-Ni-Zn ferrite thin film by spraying a raw material on a rotating substrate.

M은 Cu2+, Cd2+, Co2+, Ca2+, Mg2+ 및 Mn2+ 중 어느 하나일 수 있다. M may be any one of Cu 2+ , Cd 2+ , Co 2+ , Ca 2+ , Mg 2+ and Mn 2+ .

원료물질은 염화물계 용매일 수 있다. The raw material may be a chloride-based solvent.

원료물질은 MnCl2, CoCl2, MgCl2, CuCl2, NiCl2, ZnCl2 및 FeCl2 중 적어도 하나일 수 있다. The raw material may be at least one of MnCl 2 , CoCl 2 , MgCl 2 , CuCl 2 , NiCl 2 , ZnCl 2 and FeCl 2 .

광 감응성 페라이트 박막이 Cu-Ni-Zn 페라이트 박막인 경우, CuCl2, NiCl2, 및 ZnCl2의 몰비는 2:3:50일 수 있다. When the photosensitive ferrite thin film is a Cu-Ni-Zn ferrite thin film, the molar ratio of CuCl 2 , NiCl 2 , and ZnCl 2 may be 2: 3: 50.

기판은 폴리이미드 및 폴리디메틸실록산 중 어느 하나인 유연 폴리머 기판, SiO2 및 Al2O3 중 어느 하나인 산화물계 웨이퍼, 및 GaN인 질화물계 웨이퍼 중 어느 하나를 포함할 수 있다. The substrate may include any one of polyimide and polydimethylsiloxane, a flexible polymer substrate, an oxide-based wafer of SiO 2 and Al 2 O 3 , and a nitride-based wafer of GaN.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 회전장치 상에 기판을 위치시키고, 회전하는 기판 상에 원료물질을 분사하여 M-Ni-Zn 페라이트 박막을 형성하여 제조된 광 감응성 페라이트 박막이 제공된다. 광 감응성 페라이트 박막은 광반응성을 가질 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided a photosensitive ferrite thin film prepared by positioning a substrate on a rotating device and spraying a raw material on a rotating substrate to form an M-Ni-Zn ferrite thin film. The photosensitive ferrite thin film may have photoreactivity.

본 발명에 따르면, Ni-Zn 페라이트에 금속이온을 추가하여 기존 우수한 자기적 특성을 유지하면서도 전기저항 및 기타 전기적 특성을 제어하고 광반응성을 갖도록 하여 페라이트 소자의 활용에 대한 한계를 극복할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, by adding metal ions to Ni-Zn ferrite, while maintaining the existing excellent magnetic properties, while controlling electrical resistance and other electrical properties and having photoreactivity, the effect of overcoming limitations on the use of ferrite elements There is.

또한, 본 발명에 따른 광 감응성 페라이트 박막 제조방법은 스핀-스프레이 합성법의 안정성을 바탕으로 2원계 혹은 3원계 이상의 페라이트 박막의 합성이 가능하다는 점에서, 생산성이 양호하며 안정적인 박막 제조가 가능한 효과가 있다. In addition, the method of manufacturing a photosensitive ferrite thin film according to the present invention is effective in that it is possible to synthesize a ferrite thin film of binary or ternary or more based on the stability of the spin-spray synthesis method, and is capable of producing a stable thin film with good productivity. .

나아가 본 발명에 따른 광 감응성 페라이트 박막을 이용하면, 별도의 이종 물질 접합 등의 복잡한 공정이 없이, 단일 페라이트 막을 통하여 비교적 단순한 형태의 광 스위치 소자를 구현할 수 있는 효과가 있다. Furthermore, when the photosensitive ferrite thin film according to the present invention is used, there is an effect that a relatively simple form of an optical switch element can be realized through a single ferrite film without complicated processes such as bonding of heterogeneous materials.

도 1은 스핀 스프레이 방식으로 페라이트층을 형성하는 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 광 감응성 페라이트 박막 제조방법으로 제조된 광 감응성 페라이트 박막의 SEM이미지들이다.
도 3은 본 발명에 따른 광 감응성 페라이트 박막 제조방법으로 제조된 광 감응성 페라이트 박막의 XRD 결과들이다.
도 4는 본 발명에 따른 광 감응성 페라이트 박막 제조방법으로 제조된 광 감응성 페라이트 박막의 XPS 결과들이다.
도 5는 본 발명에 따른 광 감응성 페라이트 박막 제조방법으로 제조된 광 감응성 페라이트 박막에 대한 주파수 6.78 MHz 에서의 투자율 (u’) 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 광 감응성 페라이트 박막 제조방법으로 제조된 광 감응성 페라이트 박막 및 금속이온이 첨가되지 않은 Ni-Zn 페라이트 박막의 SEM 이미지이다.
도 7은 본 발명에 따른 광 감응성 페라이트 박막 제조방법으로 제조된 광 감응성 페라이트 박막 및 금속이온이 첨가되지 않은 Ni-Zn 페라이트 박막의 XRD 측정 결과이다.
도 8은 본 발명에 따른 광 감응성 페라이트 박막 제조방법으로 제조된 광 감응성 페라이트 박막 및 금속이온이 첨가되지 않은 Ni-Zn 페라이트 박막의 자성특성 측정 결과이다.
도 9는 본 발명에 따른 광 스위칭 소자의 모식도이다.
도 10은 본 발명에 따른 광 스위칭 소자에서 가시광을 조사한 채널에서의 전류-전압 특성을 도시한 그래프이다.
도 11은 본 발명에 따른 광 스위칭 소자에서 페라이트 채널에 빛을 On-Off 하며 조사하여 전류 변화를 측정한 결과를 도시한 그래프이다.
1 is a view showing a device for forming a ferrite layer by a spin spray method.
2 is a SEM image of the photosensitive ferrite thin film prepared by the method for manufacturing a photosensitive ferrite thin film according to the present invention.
3 is XRD results of the photosensitive ferrite thin film prepared by the method for manufacturing a photosensitive ferrite thin film according to the present invention.
4 is XPS results of the photosensitive ferrite thin film prepared by the method for manufacturing a photosensitive ferrite thin film according to the present invention.
Figure 5 shows the results of measuring the permeability (u ') at a frequency of 6.78 MHz for the photosensitive ferrite thin film prepared by the method for manufacturing a photosensitive ferrite thin film according to the present invention.
6 is an SEM image of a photosensitive ferrite thin film prepared by the method for manufacturing a photosensitive ferrite thin film according to the present invention and a Ni-Zn ferrite thin film without addition of metal ions.
7 is an XRD measurement result of a photosensitive ferrite thin film prepared by the method for manufacturing a photosensitive ferrite thin film according to the present invention and a Ni-Zn ferrite thin film without addition of metal ions.
8 is a result of measuring the magnetic properties of the photosensitive ferrite thin film prepared by the method for manufacturing a photosensitive ferrite thin film according to the present invention and a Ni-Zn ferrite thin film without addition of metal ions.
9 is a schematic view of an optical switching device according to the present invention.
10 is a graph showing a current-voltage characteristic in a channel irradiated with visible light in the optical switching device according to the present invention.
11 is a graph showing a result of measuring a current change by irradiating light on and off a ferrite channel in an optical switching device according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 특정 패턴을 갖도록 도시되거나 소정두께를 갖는 구성요소가 있을 수 있으나, 이는 설명 또는 구별의 편의를 위한 것이므로 특정패턴 및 소정두께를 갖는다고 하여도 본 발명이 도시된 구성요소에 대한 특징만으로 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments of the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art. In the accompanying drawings, there may be components shown to have a specific pattern or have a predetermined thickness, but this is for convenience of explanation or distinction, so even if it has a specific pattern and a predetermined thickness, the features of the components shown in the present invention It is not limited to.

본 발명에서는 M-Ni-Zn 페라이트를 제조한다. M은 Cu2+, Cd2+, Co2+, Ca2+, Mg2+ 및 Mn2+ 중 어느 하나일 수 있다. 페라이트 중, 스피넬 구조의 Ni-Zn 페라이트는 상대적으로 전기비저항이 높아서 고주파수 영역(50 MHz 부근)까지 사용할 수 있고 높은 포화자속밀도 등의 장점으로 마이크로파 영역대의 자성 재료로 사용된다. 그러나, Ni-Zn 페라이트는 전기 저항이 높아 전기적으로 절연체 특성을 보여, 자성 소자이외의 활용에는 한계가 있었다. 이에, 본 발명에서는 금속이온을 Ni-Zn 페라이트에 추가하여 Ni-Zn 페라이트의 전기적 특성을 향상시킨다. In the present invention, M-Ni-Zn ferrite is prepared. M may be any one of Cu 2+ , Cd 2+ , Co 2+ , Ca 2+ , Mg 2+ and Mn 2+ . Of the ferrites, the Ni-Zn ferrite of the spinel structure has a relatively high electrical resistivity, so it can be used in the high frequency region (around 50 MHz) and is used as a magnetic material in the microwave region due to advantages such as high saturation magnetic flux density. However, Ni-Zn ferrite has high electrical resistance and shows electrical insulator properties, so there is a limit to utilization other than magnetic elements. Thus, in the present invention, metal ions are added to Ni-Zn ferrite to improve the electrical properties of Ni-Zn ferrite.

본 발명에 따른 M-Ni-Zn 페라이트는 Ni-Zn 페라이트 내부의 조성 및 화학적인 결합에 영향을 줄 수 있는 2가의 양이온인 Cu2+, Cd2+, Co2+, Ca2+, Mg2+ 및 Mn2+으로 Ni-Zn 페라이트 내부의 Ni를 부분적으로 대체한다. Ni-Zn 페라이트는 구조적으로 변화하여 전자 거동 및 물리, 화학적 특성이 변화할 수 있다. The M-Ni-Zn ferrite according to the present invention is a divalent cation, Cu 2+ , Cd 2+ , Co 2+ , Ca 2+ , Mg 2 , which can affect the composition and chemical bonding inside the Ni-Zn ferrite. Ni in the Ni-Zn ferrite is partially replaced by + and Mn 2+ . Ni-Zn ferrite can be structurally changed to change its electron behavior and physical and chemical properties.

첨가된 금속이온들은 Ni이온과 비교하여 큰 이온 반경을 가지며 스피넬 구조인 Ni-Zn 페라이트에 대한 다른 선호도를 갖는다. 이에 따라, Ni-Zn 페라이트의 매트릭스에 금속이온의 혼입은 양이온 분포 수정의 효과로서 많은 특성을 변화시킬 수 있다. 특히, 금속이온의 첨가는 페라이트의 원자가 상태(valence state)의 전자 분포 및 Fe2+와 Fe3+의 전자 교환을 통해 결정되는 전기적 특성을 제어할 수 있고, 이를 바탕으로 Ni-Zn 페라이트의 사용 목적에 맞는 다양한 기능성을 부여할 수 있다. The added metal ions have a large ionic radius compared to Ni ions and have a different preference for the spinel structure Ni-Zn ferrite. Accordingly, the incorporation of metal ions into the matrix of Ni-Zn ferrite can change many properties as an effect of modifying the cation distribution. In particular, the addition of metal ions can control the electrical distribution determined through the electron distribution of the valence state of ferrite and the electron exchange of Fe 2+ and Fe 3+ , and based on this, the use of Ni-Zn ferrite Various functionalities suitable for the purpose can be given.

본 발명에 따른 광 감응성 페라이트 박막 제조방법은 회전장치 상에 기판을 위치시키는 단계; 및 회전하는 기판 상에 원료물질을 분사하여 M-Ni-Zn 페라이트 박막을 형성하는 단계;를 포함한다. A method of manufacturing a photosensitive ferrite thin film according to the present invention comprises the steps of positioning a substrate on a rotating device; And forming a M-Ni-Zn ferrite thin film by spraying a raw material on a rotating substrate.

M-Ni-Zn 페라이트는 본 발명에 따른 광 감응성 페라이트 박막 제조방법에 따라, 스핀-스프레이 합성법으로 제조될 수 있다. 도 1은 스핀 스프레이 방식으로 페라이트층을 형성하는 장치를 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 기판에 일정한 온도를 유지하며 회전할 수 있는 회전장치인 회전테이블(Spinning table), 반응액과 산화액을 보관하는 배치, 그리고 두 배치에서 펌프로 연결되어 기판 위로 용액을 일정한 입자 사이즈로 분사할 수 있는 두 개의 노즐로 구성된 스핀 스프레이 장치가 도시되어 있다. M-Ni-Zn ferrite may be produced by a spin-spray synthesis method according to the method for manufacturing a photosensitive ferrite thin film according to the present invention. 1 is a view showing a device for forming a ferrite layer by a spin spray method. Referring to FIG. 1, a rotating table that is a rotating device capable of rotating while maintaining a constant temperature on a substrate, a batch storing a reaction solution and an oxidizing solution, and a pump connected in two batches are connected to each other to pump a constant solution over the substrate. A spin spray device consisting of two nozzles capable of spraying at a particle size is shown.

스핀-스프레이 합성법은 고진공이 필요하지 않고, 졸-겔법 등에 비해 막 형태의 제작이 쉬운 장점이 있으며, 후열처리 등의 공정이 없어 공정 시간 등에서 이점을 갖고 있다. 스핀-스프레이 합성법을 활용하여 제조된 페라이트 박막은 수백 나노미터의 두께를 가지고 있으며, 주상 구조 형태로 성장하며 이에 따라 고주파수에서 더 높은 투자율을 나타내며 기존 벌크 페라이트의 Sneok's 한계를 극복하는 등의 특성을 갖는다. The spin-spray synthesis method does not require high vacuum, has the advantage of being easy to produce in the form of a membrane compared to the sol-gel method, and has no advantages such as post-heat treatment, and thus has advantages in processing time. The ferrite thin film manufactured using the spin-spray synthesis method has a thickness of hundreds of nanometers, grows in a columnar structure, and thus has a higher permeability at high frequencies, and has characteristics such as overcoming Sneok's limitations of existing bulk ferrites. .

스핀-스프레이 합성법으로 페라이트층을 제조하기 위하여 금속이온이 첨가된 원료물질을 포함하는 반응액과 산화반응을 위한 반응액을 사용한다. 페라이트 박막의 조성을 제어하기 위하여 반응액은 금속 이온을 기반으로 하는 염화물 계열 용매를 사용할 수 있다. In order to prepare a ferrite layer by spin-spray synthesis, a reaction solution containing a raw material to which a metal ion is added and a reaction solution for an oxidation reaction are used. In order to control the composition of the ferrite thin film, a chloride-based solvent based on a metal ion may be used as the reaction solution.

따라서, 원료물질은 MnCl2, CoCl2, MgCl2, CuCl2, NiCl2, ZnCl2 및 FeCl2 중 적어도 하나일 수 있다. Therefore, the raw material may be at least one of MnCl 2 , CoCl 2 , MgCl 2 , CuCl 2 , NiCl 2 , ZnCl 2 and FeCl 2 .

Ni-Zn 페라이트에 포함되는 금속이온이 구리인 경우, 광 감응성 페라이트 박막이 Cu-Ni-Zn 페라이트 박막이므로 사용되는 원료물질은 CuCl2, NiCl2, 및 ZnCl2 FeCl2이다. 이 때, CuCl2, NiCl2, 및 ZnCl2의 몰비는 2:3:50일 수 있다. When the metal ion contained in the Ni-Zn ferrite is copper, since the photosensitive ferrite thin film is a Cu-Ni-Zn ferrite thin film, the raw materials used are CuCl 2 , NiCl 2 , and ZnCl 2 and FeCl 2 . At this time, the molar ratio of CuCl 2 , NiCl 2 , and ZnCl 2 may be 2: 3: 50.

기판은 절연성이 좋고, 전자 소자로서의 활용이 높은 기판을 사용할 수 있다. 기판은 폴리이미드 및 폴리디메틸실록산과 같은 유연 폴리머 기판이거나, SiO2 및 Al2O3와 같은 산화물계 웨이퍼이거나, 또는 GaN과 같은 질화물계 웨이퍼일 수 있다. The substrate has good insulating properties, and a substrate having high utilization as an electronic device can be used. The substrate may be a flexible polymer substrate such as polyimide and polydimethylsiloxane, an oxide-based wafer such as SiO 2 and Al 2 O 3 , or a nitride-based wafer such as GaN.

이하, 본 발명에 따른 광 감응성 페라이트 박막제조방법을 구체적인 시험예를 통해 설명하도록 한다. 다만, 하기의 시험예는 본 발명을 한정하지 않는다. Hereinafter, a method for manufacturing a photosensitive ferrite thin film according to the present invention will be described through specific test examples. However, the following test examples do not limit the present invention.

[스핀-스프레이 합성법으로 Cu-Ni-Zn 페라이트 박막 제조][Production of Cu-Ni-Zn ferrite thin film by spin-spray synthesis method]

도 1과 같은 스핀-스프레이 합성을 위한 장치를 이용하여, 회전 테이블 위에 페라이트 박막이 성장되는 기판을 위치시키고, 회전 테이블과 함께 회전하는 기판 위로 분사된 반응액 및 산화액을 공급하면 페라이트 박막이 기판 위에 성장한다. Using a device for spin-spray synthesis as shown in FIG. 1, when a substrate on which a ferrite thin film is grown is placed on a rotating table, and a reaction solution and an oxidizing liquid sprayed onto the rotating substrate together with the rotating table are supplied, the ferrite thin film is a substrate. Grow on top.

원료물질인 반응액은 CuCl2, NiCl2, ZnCl2 및 FeCl2를 사용하였고, 산화액은 금속 염화물 용매와의 산화-환원 반응을 위해 NaNO2 용액을 사용하고, CH3COOHN4 버퍼를 혼합하여 사용하였다. 각 금속이온들의 환원 반응을 유도하기 위하여 암모니아수를 사용하여 전체적인 산화액의 pH를 7.5 내지 8.5 사이로 조절하였다. 이 때, 반응 시 외부 대기 환경에서 산화를 방지하기 위하여 반응 챔버 내부를 질소 분위기로 만들어 실험을 진행하였다. CuCl 2 , NiCl 2 , ZnCl 2 and FeCl 2 were used as the reaction liquid as a raw material, and NaNO 2 solution was used for the oxidation-reduction reaction with the metal chloride solvent, and CH 3 COOHN 4 buffer was mixed. Used. In order to induce the reduction reaction of each metal ion, the pH of the whole oxidizing solution was adjusted between 7.5 and 8.5 using ammonia water. At this time, in order to prevent oxidation in an external atmospheric environment during the reaction, an experiment was conducted by making the reaction chamber inside a nitrogen atmosphere.

반응액과 산화액의 반응이 잘 일어나 페라이트 막이 성장할 수 있도록, 회전테이블의 온도를 90℃로 고정하였고, 이와 더불어 합성되는 페라이트 막의 균일도를 향상시키기고 분무되는 용액의 반응의 효율을 높이기 위하여 테이블을 150 내지 200 rpm으로 회전시켰다. The temperature of the rotary table was fixed at 90 ° C so that the reaction solution and the oxidizing solution reacted well and the ferrite film could grow, and in addition, the table was used to improve the uniformity of the synthesized ferrite film and increase the reaction efficiency of the sprayed solution. It was rotated at 150 to 200 rpm.

반응액의 용매 첨가량은 FeCl2은 20 mMol/L, NiCl2는 5 mMol/L, ZnCl2는 0.3 mMol/L을 3차 탈이온화수와 혼합하여 사용한다. 산화액의 용매 첨가량은 NaNO2는 4.4 mMol/L, CH3COOHN4 버퍼는 65 mMol/L를 탈이온화수와 혼합하여 사용하였고, pH는 암모니아수를 사용하여 8.0으로 고정하였다.The amount of the solvent added to the reaction solution is 20 mMol / L of FeCl 2 , 5 mMol / L of NiCl 2 , and 0.3 mMol / L of ZnCl 2 with tertiary deionized water. The amount of the solvent added in the oxidizing solution was 4.4 mMol / L of NaNO 2 and 65 mMol / L of CH 3 COOHN 4 buffer was mixed with deionized water, and the pH was fixed to 8.0 using ammonia water.

본 실험에서는 Ni-Zn 페라이트 막의 전기적 특성을 제어하기 위하여 구리이온을 첨가하고, 이를 위해 반응액에 CuCl2용매를 추가로 투입하여 성장되는 페라이트 막의 조성을 제어한다.In this experiment, copper ions are added to control the electrical properties of the Ni-Zn ferrite film, and for this purpose, a CuCl 2 solvent is additionally added to the reaction solution to control the composition of the grown ferrite film.

첨가되는 금속이온의 과반응에 의해 생성되는 불순물 영향을 최소화하기 위하여 안정적인 조성을 갖는 페라이트 막의 제조 방법을 제공하고, 페라이트 막의 투자율의 감소를 최소화한다.In order to minimize the effect of impurities generated by overreaction of the metal ions to be added, a method of manufacturing a ferrite film having a stable composition is provided, and a decrease in the permeability of the ferrite film is minimized.

CuCl2의 함량은 실시예 1에서 0.1 mMol/L, 실시예 2에서 0.2 mMol/L, 실시예 3에서 0.3 mMol/L, 실시예 4에서 0.4 mMol/L 투입하였다. The content of CuCl 2 was 0.1 mMol / L in Example 1, 0.2 mMol / L in Example 2, 0.3 mMol / L in Example 3, and 0.4 mMol / L in Example 4.

도 2는 본 발명에 따른 광 감응성 페라이트 박막 제조방법으로 제조된 광 감응성 페라이트 박막의 SEM이미지들이다. 실시예 1 및 2의 경우, 명확한 주상 구조 특성을 보이며 성장한다. 그러나, CuCl2 함량이 0.3 mMol/L 이상인 실시예 3 및 실시예 4는 구리이온의 과다 포함 및 환원 반응의 불균일성으로 성장 조건이 맞지 않아 주상 구조 특성을 보이지 않고 품질이 떨어지는 페라이트 박막이 합성되었다.2 is a SEM image of the photosensitive ferrite thin film prepared by the method for manufacturing a photosensitive ferrite thin film according to the present invention. In the case of Examples 1 and 2, it grows showing clear columnar structure properties. However, in Examples 3 and 4 in which the CuCl 2 content is 0.3 mMol / L or more, ferrite thin films having poor quality without showing columnar structure characteristics were synthesized because growth conditions were not met due to excessive inclusion of copper ions and non-uniformity of the reduction reaction.

도 3은 본 발명에 따른 광 감응성 페라이트 박막 제조방법으로 제조된 광 감응성 페라이트 박막의 XRD 결과들이다. 실시예 1 내지 실시예 4는 2θ = 20 내지 80° 범위에서 (220), (311), (400), (511) 그리고 (440)의 피크가 관찰되었다. 이 결과로 CuCl2 함량을 다르게 하여 성장한 Cu-Ni-Zn 페라이트 박막이 스피넬 구조를 가지고 성장했음을 알 수 있었다. 실시예 1 및 실시예 2는 구조적으로 안정한 Cu-Ni-Zn 페라이트 막이 성장하여 스피넬 피크가 전 영역에서 관찰 되었고, 실시예 3 및 실시예 4에서는 스피넬 구조의 피크이외의 다른 상의 피크가 관찰되거나, 피크에 대한 XRD 신호의 크기가 작아 관찰이 되지 않았다. 3 is XRD results of the photosensitive ferrite thin film prepared by the method for manufacturing a photosensitive ferrite thin film according to the present invention. In Examples 1 to 4, peaks of (220), (311), (400), (511) and (440) were observed in the range of 2θ = 20 to 80 °. As a result, it was found that the Cu-Ni-Zn ferrite thin film grown by varying the CuCl 2 content had a spinel structure. In Example 1 and Example 2, a structurally stable Cu-Ni-Zn ferrite film was grown, and spinel peaks were observed in all regions. In Examples 3 and 4, peaks other than the peaks of the spinel structures were observed, or The size of the XRD signal with respect to the peak was small, so it was not observed.

도 4는 본 발명에 따른 광 감응성 페라이트 박막 제조방법으로 제조된 광 감응성 페라이트 박막의 XPS 결과들이다. 실시예 1 내지 실시예 4에 대한 XPS 결과들도 도 3의 XRD 결과들과 유사하게 생성된 실시예들의 구조적 특성을 반영하였다. 4 is XPS results of the photosensitive ferrite thin film prepared by the method for manufacturing a photosensitive ferrite thin film according to the present invention. The XPS results for Examples 1 to 4 also reflected the structural characteristics of the generated examples similar to the XRD results of FIG. 3.

도 5는 본 발명에 따른 광 감응성 페라이트 박막 제조방법으로 제조된 광 감응성 페라이트 박막에 대한 주파수 6.78 MHz 에서의 투자율 (u’) 측정 결과를 나타낸 것이다. 실시예 1 및 실시예 2는 투자율 (u’) 이 570에서 680으로 증가하였고, 실시예 3 및 실시예 4와 같이 구리이온의 함량이 증가할수록 투자율은 530에서 400으로 급격하게 감소하였다. 이는 구리이온의 비율이 전체적인 구조 내에 증가하면서, 결정성의 저하 및 자성 특성이 감소하였기 때문으로 판단된다. Figure 5 shows the results of measuring the permeability (u ') at a frequency of 6.78 MHz for the photosensitive ferrite thin film prepared by the method for manufacturing a photosensitive ferrite thin film according to the present invention. In Examples 1 and 2, the permeability (u ') increased from 570 to 680, and as the content of copper ions increased as in Examples 3 and 4, the permeability rapidly decreased from 530 to 400. This is considered to be because the proportion of copper ions increases in the overall structure, and the crystallinity and magnetic properties decrease.

구리이온을 첨가한 Ni-Zn 페라이트 막은 상기 실험결과에 따라 CuCl2가 0.2 mMol/L 추가된 실시예 2에서 가장 우수한 자성특성을 갖는 Cu-Ni-Zn 페라이트 막이 제조되었고, 제조된 페라이트 박막은 구조적 특성이 수백 나노 사이즈의 그래인 및 균일한 주상 구조 형태를 갖고 있어 고주파수 영역에서까지 높은 투자율을 갖고, 이의 특성을 바탕으로 자성소자 및 전자소자로서의 활용될 수 있다. 이하, CuCl2가 0.2 mMol/L 추가된 실시예 2의 페라이트 박막을 이용하여 더 실험하였다.The Ni-Zn ferrite film containing copper ions was prepared in the Cu-Ni-Zn ferrite film having the best magnetic properties in Example 2 in which 0.2 mMol / L of CuCl 2 was added according to the above experimental results, and the prepared ferrite thin film was structural It has the characteristics of hundreds of nano-sized grains and a uniform columnar structure, so it has a high magnetic permeability even in the high frequency region, and can be utilized as a magnetic element and an electronic element based on its characteristics. Hereinafter, further experiments were performed using the ferrite thin film of Example 2 in which CuCl 2 was added to 0.2 mMol / L.

도 6은 본 발명에 따른 광 감응성 페라이트 박막 제조방법으로 제조된 광 감응성 페라이트 박막 및 금속이온이 첨가되지 않은 Ni-Zn 페라이트 박막의 SEM 이미지이다. 비교예는 구리 이온이 첨가되지 않은 Ni-Zn 페라이트 박막으로서, SEM 이미지상 매우 명확한 주상구조 특성을 보이며 성장한 것을 확인할 수 있다. 실시예 2의 Cu-Ni-Zn 페라이트 막 역시 명확한 주상구조 특성이 관찰되었다. 따라서, Cu-Ni-Zn 페라이트 막의 제조 조건이 안정적인 Ni-Zn 페라이트 막의 제조 방법과 비교하여 충분히 안정적이라는 것을 확인했다.6 is an SEM image of a photosensitive ferrite thin film prepared by the method for manufacturing a photosensitive ferrite thin film according to the present invention and a Ni-Zn ferrite thin film without addition of metal ions. Comparative example is a Ni-Zn ferrite thin film without copper ions added, and it can be confirmed that the SEM image showed very clear columnar structure characteristics and grew. The Cu-Ni-Zn ferrite film of Example 2 also exhibited clear columnar structure properties. Therefore, it was confirmed that the production conditions of the Cu-Ni-Zn ferrite film were sufficiently stable compared to the production method of the stable Ni-Zn ferrite film.

도 7은 본 발명에 따른 광 감응성 페라이트 박막 제조방법으로 제조된 광 감응성 페라이트 박막 및 금속이온이 첨가되지 않은 Ni-Zn 페라이트 박막의 XRD 측정 결과이다. 비교예와 실시예 2는 2θ = 20 내지 80° 범위에서 스피넬 구조에 해당하는 (220), (311), (400), (511) 그리고 (440) 피크가 관찰되었다. 이 결과로 구리이온을 추가하여 제조한 Cu-Ni-Zn 페라이트 박막이 Ni-Zn 페라이트 박막과 같이 스피넬 구조를 가지고 성장했음을 알 수 있었다. 이 결과를 바탕으로 구리이온이 첨가되어 성장한 페라이트 박막이 자성소자 및 전자소자에 사용할 수 있는 안정적인 결정성을 갖는 것을 확인하였다. 7 is an XRD measurement result of a photosensitive ferrite thin film prepared by the method for manufacturing a photosensitive ferrite thin film according to the present invention and a Ni-Zn ferrite thin film without addition of metal ions. In Comparative Example and Example 2, peaks of (220), (311), (400), (511) and (440) corresponding to the spinel structure were observed in the range of 2θ = 20 to 80 °. As a result of this, it was found that the Cu-Ni-Zn ferrite thin film prepared by adding copper ions had a spinel structure like the Ni-Zn ferrite thin film. Based on these results, it was confirmed that the ferrite thin film grown by adding copper ions has stable crystallinity that can be used for magnetic and electronic devices.

도 8은 본 발명에 따른 광 감응성 페라이트 박막 제조방법으로 제조된 광 감응성 페라이트 박막 및 금속이온이 첨가되지 않은 Ni-Zn 페라이트 박막의 자성특성 측정 결과이다. 도 8로부터, 비교예와 실시예 2의 페라이트 막의 자성특성은 복소투자율 실수 항에서 차이를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 특히, 비교예의 Ni-Zn 페라이트 막은 주파수 6.78 MHz에서 투자율 값이 약 700을 갖는 것을 알 수 있다. 본 발명의 방법을 통해 제작한 실시예 2의 페라이트 박막은 주파수 6.78 MHz에서 투자율 값 약 680을 나타내었다. 반응 용액에 CuCl2를 추가하여 제작한 광 스위칭용 페라이트 막은 구리이온이 첨가 되었지만, 비교예와 대비해 자성 특성 및 구조적 특성의 감소는 적은 것을 확인하였다.8 is a result of measuring the magnetic properties of a photosensitive ferrite thin film prepared by the method for manufacturing a photosensitive ferrite thin film according to the present invention and a Ni-Zn ferrite thin film without addition of metal ions. From FIG. 8, it can be confirmed that the magnetic properties of the ferrite film of Comparative Example and Example 2 show a difference in the real number of complex permeability. In particular, it can be seen that the Ni-Zn ferrite film of the comparative example has a permeability value of about 700 at a frequency of 6.78 MHz. The ferrite thin film of Example 2 produced through the method of the present invention exhibited a permeability value of about 680 at a frequency of 6.78 MHz. It was confirmed that copper ions were added to the ferrite film for optical switching prepared by adding CuCl 2 to the reaction solution, but the reduction in magnetic properties and structural properties was small compared to the comparative example.

[광 스위칭 소자 제작][Production of optical switching elements]

본 발명에서는 상기 기술한 실험 방법 및 환경을 바탕으로, 기본적인 2원계 Ni-Zn 페라이트 막(비교예) 및 금속이온을 첨가한 광 스위칭용 3원계 페라이트 막 (실시예 2)을 제작하고, 이를 이용하여 광 스위칭 소자를 제작하였다.In the present invention, based on the experiment method and environment described above, a basic binary Ni-Zn ferrite film (comparative example) and a ternary ferrite film for optical switching with metal ions added (Example 2) are prepared and used. Thus, an optical switching element was produced.

본 발명에 따른 광 감응성 페라이트 박막을 사용하면, 이종 물질의 사용 및 접합 등의 복잡한 구조를 이용한 광 스위칭 소자가 아닌, 단일 물질 기반의 광 스위칭 전자 소자를 제작할 수 있다. 일반적인 광 스위칭 소자는 n형 - p형 반도체 소재 등의 접합 및 이의 전류 이동을 통해 광 스위칭 소자를 구현한다. 본 발명의 광 스위칭 소자는 고품질의 Cu-Ni-Zn 페라이트 박막을 이용하여 빛을 조사하였을 때, 전류의 흐름을 제어함으로써 광 스위칭 특성을 구현하는 특징을 갖는다. 본 발명에 따라 제조된 광 스위칭 소자는 단일물질을 사용함으로써 소자의 안정성과 작동의 균일성을 확보하며 제조 공정을 단순화할 수 있다. By using the photosensitive ferrite thin film according to the present invention, it is possible to manufacture a single material-based optical switching electronic device, not an optical switching device using a complex structure such as the use and bonding of dissimilar materials. A typical optical switching element implements an optical switching element through junction of n-type p-type semiconductor materials and the like and current movement thereof. The optical switching device of the present invention has a feature of realizing optical switching characteristics by controlling the flow of current when irradiated with light using a high-quality Cu-Ni-Zn ferrite thin film. The optical switching device manufactured according to the present invention can secure the stability and uniformity of operation by using a single material and simplify the manufacturing process.

본 발명에 따른 광 스위칭 소자에는 절연기판을 사용한다. 예를 들어, 기판으로 SiO2/Si, SiNx/Si, Al2O3, MgO, 또는 GaN 등이 이용될 수 있다. 또한 기판은 실리콘 기반의 옥사이드, 카바이드 기판, 갈륨 비화물 및 갈륨 인화물과 같은 III-V 족 화합물 반도체, 산화아연과 같은 II-IV족 화합물 반도체, I-V족 화합물 반도체, 유기 반도체 및 유리를 기본으로 하는 화합물 등의 기판을 사용할 수 있다. An insulating substrate is used for the optical switching element according to the present invention. For example, SiO 2 / Si, SiNx / Si, Al 2 O 3 , MgO, or GaN may be used as the substrate. In addition, the substrates are based on silicon-based oxide, carbide substrates, group III-V compound semiconductors such as gallium arsenide and gallium phosphide, group II-IV compound semiconductors such as zinc oxide, group IV compound semiconductors, organic semiconductors, and glass. Substrates such as compounds can be used.

도 9는 본 발명에 따른 광 스위칭 소자의 모식도이다. 본 발명에서의 광 스위칭 소자는 2-단자 소자를 기본으로 하여 제작되고, 전극은 캐소드 (cathode)와 애노드 (anode)로 구성된다. 캐소드와 애노드는 페라이트 박막으로 구성된 채널의 양단에 연결된다. 애노드를 통해서 페라이트 채널에 전류 및 전압이 제공되고, 이때 빛을 채널에 조사하여 전류의 흐름을 측정하고 이를 통해 스위칭 소자를 구동한다. 캐소드와 애노드는 도전체로 구성될 수 있는데, 예를 들어, 티타늄과 금의 이중층(Ti/Au)이나, 구리, 니켈 등을 포함하여 구성될 수도 있다.9 is a schematic view of an optical switching device according to the present invention. The optical switching element in the present invention is fabricated based on a two-terminal element, and the electrode is composed of a cathode and an anode. The cathode and anode are connected to both ends of a channel composed of a ferrite thin film. The current and voltage are provided to the ferrite channel through the anode, and the light is irradiated to the channel to measure the current flow and thereby drive the switching element. The cathode and the anode may be formed of a conductor, for example, a double layer of titanium and gold (Ti / Au), or copper, nickel, or the like.

도 9를 참조하면, 본 발명의 스위칭 소자는 기판, 페라이트 박막 채널, 캐소드 및 애노드를 포함한다. 소자 제작은 기판 상에 광 스위칭용 페라이트 막을 성장하는 단계, 페라이트 채널을 형성하는 단계, 전극을 형성하는 단계로 구성된다. 광 스위칭용 페라이트 박막은 전술한 실시예 2와 같이 제조하고, 포토리소그래피 방법을 이용해서 W 10 um * L 20 um의 면적 (dimension)으로 패터닝 할 수 있다. 페라이트 채널 패턴 양 끝단에 일반적인 DC와 전자빔증착법(e-beam evaporation)을 이용해 티타늄과 금의 이중층 (Ti/Au) 으로 구성된 전극이 애노드와 캐소드로써 페라이트 채널 패턴 상에 형성된다.Referring to FIG. 9, the switching device of the present invention includes a substrate, a ferrite thin film channel, a cathode, and an anode. Device fabrication consists of growing a ferrite film for optical switching on a substrate, forming a ferrite channel, and forming an electrode. The ferrite thin film for optical switching is prepared as in Example 2 described above, and can be patterned into a dimension of W 10 um * L 20 um using a photolithography method. An electrode composed of a double layer (Ti / Au) of titanium and gold is formed on the ferrite channel pattern by using a common DC and e-beam evaporation method at both ends of the ferrite channel pattern.

도 10은 본 발명에 따른 광 스위칭 소자에서 가시광을 조사한 채널에서의 전류-전압 특성을 도시한 그래프이다. 광 스위칭 소자에 빛을 채널에 수직하게 조사하고 전류-전압을 측정한 곡선이다. 전극을 통해 전압을 -4V 내지 +4V 까지 변화시키면서 이에 상응하는 전류 특성을 측정했고, 가시광 램프의 파워를 조절하여 1, 3, 5 및 10 mW 까지 빛의 세기를 조절하고, 이에 반응하는 전류의 크기를 분석했다. 도 10을 참조하면, 조사되는 빛의 파워가 증가할수록 전류의 크기는 증가했고, 5 mW 이상의 빛을 조사한 경우, 측정되는 전류의 크기가 포화되어 나타나는 것을 확인했다. 10 is a graph showing a current-voltage characteristic in a channel irradiated with visible light in the optical switching device according to the present invention. It is a curve that irradiates light to the optical switching element perpendicular to the channel and measures current-voltage. By changing the voltage from -4V to + 4V through the electrode, the corresponding current characteristics were measured, and the intensity of the light was adjusted to 1, 3, 5 and 10 mW by adjusting the power of the visible light lamp, and The size was analyzed. Referring to FIG. 10, as the power of the irradiated light increased, the magnitude of the current increased, and when irradiating light of 5 mW or more, it was confirmed that the magnitude of the measured current appeared saturated.

도 11은 본 발명에 따른 광 스위칭 소자에서 페라이트 채널에 빛을 On-Off 하며 조사하여 전류 변화를 측정한 결과를 도시한 그래프이다. 전극에 일정 전압이 인가되고, 빛을 채널에 주기적으로 On-Off하며 조사한다. 채널으로 빛이 조사될 때는 빛과 광 스위칭용 페라이트 막이 반응하여 저항이 낮아지고, 캐리어를 생성하여 전류 레벨이 상승하게 되고, 빛의 인가가 제거되면 기존의 낮은 상태의 전류 레벨로 하강하여 전류 특성이 빛에 의한 On-Off 스위칭 형태로 구현된다. 결국 서술한 바와 같이 페라이트 채널에 인가되는 빛을 조절함으로써, 광 스위칭 시스템이 동작하게 된다.11 is a graph showing a result of measuring a current change by irradiating light on and off a ferrite channel in an optical switching device according to the present invention. A constant voltage is applied to the electrode, and light is periodically turned on and off to the channel for irradiation. When light is irradiated to the channel, the light and light switching ferrite film react to lower the resistance, generate a carrier, and the current level rises. When the application of light is removed, the current characteristic is lowered to the existing low level current level. It is implemented in the form of On-Off switching by the light. As a result, as described above, by controlling the light applied to the ferrite channel, the optical switching system operates.

본 발명에 따라 제조되는 광 감응성 페라이트 박막은 박막 형태의 인덕터 등의 자성 소자 및 집적 소자의 전자파 차폐 등 자기적 특성 재료로 활용이 용이하며, 이와 더불어 빛에 의해 전기적 특성이 변화하는 특성을 기반으로 하여 광 스위치용 전자 소자의 재료로써 사용될 수 있다. The photosensitive ferrite thin film manufactured according to the present invention is easy to use as a magnetic property material such as electromagnetic shielding of a magnetic element such as a thin film type inductor and an integrated device, and also based on a characteristic in which electrical properties change by light Therefore, it can be used as a material for electronic devices for optical switches.

이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.The embodiments of the present invention have been described above, but those skilled in the art can add, change, delete, or add components without departing from the spirit of the present invention as set forth in the claims. The present invention may be variously modified and changed by the like, and it will be said that this is also included within the scope of the present invention.

Claims (8)

회전장치 상에 기판을 위치시키는 단계; 및
회전하는 기판 상에 원료물질을 분사하여 M-Ni-Zn 페라이트 박막을 형성하는 단계;를 포함하는 광 감응성 페라이트 박막 제조방법.
Positioning the substrate on a rotating device; And
And forming a M-Ni-Zn ferrite thin film by spraying a raw material on a rotating substrate.
청구항 1에 있어서,
M은 Cu2+, Cd2+, Co2+, Ca2+, Mg2+ 및 Mn2+ 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광 감응성 페라이트 박막 제조방법.
The method according to claim 1,
M is Cu 2+ , Cd 2+ , Co 2+ , Ca 2+ , Mg 2+ and Mn 2+ is any one of the methods for manufacturing a photosensitive ferrite thin film.
청구항 1에 있어서,
원료물질은 염화물계 용매인 것을 특징으로 하는 광 감응성 페라이트 박막 제조방법.
The method according to claim 1,
The raw material is a method of manufacturing a photosensitive ferrite thin film, characterized in that a chloride-based solvent.
청구항 1에 있어서,
원료물질은 MnCl2, CoCl2, MgCl2, CuCl2, NiCl2, ZnCl2 및 FeCl2 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 광 감응성 페라이트 박막 제조방법.
The method according to claim 1,
The raw material is MnCl 2 , CoCl 2 , MgCl 2 , CuCl 2 , NiCl 2 , ZnCl 2 And FeCl 2 Photosensitive ferrite thin film production method characterized in that at least one.
청구항 4에 있어서,
광 감응성 페라이트 박막이 Cu-Ni-Zn 페라이트 박막인 경우, CuCl2, NiCl2, 및 ZnCl2의 몰비는 2:3:50인 것을 특징으로 하는 광 감응성 페라이트 박막 제조방법.
The method according to claim 4,
When the photosensitive ferrite thin film is a Cu-Ni-Zn ferrite thin film, the molar ratio of CuCl 2 , NiCl 2 , and ZnCl 2 is 2: 3: 50.
청구항 1에 있어서,
기판은 폴리이미드 및 폴리디메틸실록산 중 어느 하나인 유연 폴리머 기판, SiO2 및 Al2O3 중 어느 하나인 산화물계 웨이퍼, 및 GaN인 질화물계 웨이퍼 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 감응성 페라이트 박막 제조방법.
The method according to claim 1,
The substrate comprises any one of a polyimide and a polydimethylsiloxane flexible polymer substrate, SiO 2 and Al 2 O 3 oxide-based wafer, and GaN nitride-based wafer, any one of the photosensitive ferrite. Thin film manufacturing method.
청구항 1에 따른 제조방법에 따라 제조된 광 감응성 페라이트 박막. Light-sensitive ferrite thin film prepared according to the manufacturing method according to claim 1. 청구항 7에 있어서,
광을 조사하면 인가된 전압에 따른 전류를 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 광 감응성 페라이트 박막.
The method according to claim 7,
Light-sensitive ferrite thin film, characterized in that by controlling the current according to the applied voltage when irradiated with light.
KR1020180109531A 2018-09-13 2018-09-13 High-fuctional ferrite film and manufacturing method thereof KR102225752B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180109531A KR102225752B1 (en) 2018-09-13 2018-09-13 High-fuctional ferrite film and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180109531A KR102225752B1 (en) 2018-09-13 2018-09-13 High-fuctional ferrite film and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200030817A true KR20200030817A (en) 2020-03-23
KR102225752B1 KR102225752B1 (en) 2021-03-10

Family

ID=69998492

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180109531A KR102225752B1 (en) 2018-09-13 2018-09-13 High-fuctional ferrite film and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102225752B1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000040953A (en) * 1998-12-21 2000-07-15 이구택 Production process of ni-zn-cu ferrite working solution using etching wasted liquid including ni and fe chlorides
JP2006151789A (en) * 2004-11-05 2006-06-15 Rikogaku Shinkokai High resistance ferritic film and noise suppression body
KR20060073220A (en) * 2004-12-24 2006-06-28 삼성전기주식회사 Method of manufacturing magnetic storage device having single-domain ferrite pillar array
KR20070015245A (en) * 2004-06-16 2007-02-01 코닝 인코포레이티드 Nanocrystallite glass-ceramic and method for making same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000040953A (en) * 1998-12-21 2000-07-15 이구택 Production process of ni-zn-cu ferrite working solution using etching wasted liquid including ni and fe chlorides
KR20070015245A (en) * 2004-06-16 2007-02-01 코닝 인코포레이티드 Nanocrystallite glass-ceramic and method for making same
JP2006151789A (en) * 2004-11-05 2006-06-15 Rikogaku Shinkokai High resistance ferritic film and noise suppression body
KR20060073220A (en) * 2004-12-24 2006-06-28 삼성전기주식회사 Method of manufacturing magnetic storage device having single-domain ferrite pillar array

Also Published As

Publication number Publication date
KR102225752B1 (en) 2021-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109023298B (en) Transition metal doped molybdenum disulfide thin layer material and preparation method and application thereof
Kulkarni et al. Dilute magnetic semiconductor nanowires
TWI470115B (en) Functional material for printed electronic components
KR20160124017A (en) Monolayer films of semiconducting metal dichalcogenides, methods of making same, and uses of same
US7022628B2 (en) Method for forming quantum dots using metal thin film or metal powder
TW201016614A (en) Modified particles and dispersions comprising these
JP2008143771A (en) Method of forming oxide based nano structures
Shabannia Synthesis and characterization of Cu-doped ZnO nanorods chemically grown on flexible substrate
KR100742720B1 (en) The fabrication method of nanoparticles by chemical curing
Patra et al. Studies on structural and magnetic properties of Co-doped pyramidal ZnO nanorods synthesized by solution growth technique
WO2014072829A2 (en) Nanometer sized structures grown by pulsed laser deposition
Bin et al. Ag–N dual-accept doping for the fabrication of p-type ZnO
KR100623271B1 (en) Fabrication of controlling mn doping concentration in gan single crystal nanowire
KR102225752B1 (en) High-fuctional ferrite film and manufacturing method thereof
KR101905801B1 (en) Direct Synthesis of Ag Nanowires on Graphene Layer
Han et al. Synthesis and electronic properties of ZnO∕ CoZnO core-shell nanowires
Gayen et al. Ni-doped vertically aligned zinc oxide nanorods prepared by hybrid wet chemical route
Chu et al. UV-enhanced electrical performances of ZnO: Ga nanostructure nanogenerators by using ultrasonic waves
Akbari et al. Ultrathin two-dimensional semiconductors for novel electronic applications
KR100488896B1 (en) Method for synthesizing quantum dot using the metal thin film
Guo et al. Formation of crystalline InGaO3 (ZnO) n nanowires via the solid-phase diffusion process using a solution-based precursor
Zilevu et al. Solution-phase synthesis of group 3–5 transition metal chalcogenide inorganic nanomaterials
KR102387536B1 (en) Method for producing octahedron transition metal dichalcogenides using plasma
KR100540801B1 (en) Method for synthesizing quantum dot using the metal powder
Junejo et al. ANovel PRECURSOR IN PREPARATION AND CHARACTERIZATION OF NICKEL OXIDE (NIO) AND COBALT OXIDE (CO3O4) NANOPARTICLES (NPS) VIA AQUEOUS CHEMICAL GROWTH (ACG) TECHNIQUES

Legal Events

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