KR20210146164A - 엑스선 광전자 분광법을 이용한 그래핀층의 두께 계산방법 및 실리콘 카바이드의 함량 측정 방법 - Google Patents

엑스선 광전자 분광법을 이용한 그래핀층의 두께 계산방법 및 실리콘 카바이드의 함량 측정 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20210146164A
KR20210146164A KR1020200063274A KR20200063274A KR20210146164A KR 20210146164 A KR20210146164 A KR 20210146164A KR 1020200063274 A KR1020200063274 A KR 1020200063274A KR 20200063274 A KR20200063274 A KR 20200063274A KR 20210146164 A KR20210146164 A KR 20210146164A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
graphene layer
silicon
graphene
beam emitted
signal intensity
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
KR1020200063274A
Other languages
English (en)
Inventor
이은규
조연주
김상원
변경은
송현재
신현진
Original Assignee
삼성전자주식회사
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 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020200063274A priority Critical patent/KR20210146164A/ko
Priority to US17/145,966 priority patent/US11906291B2/en
Priority to EP21156223.6A priority patent/EP3916348B1/en
Priority to CN202110333720.XA priority patent/CN113725107A/zh
Priority to JP2021085345A priority patent/JP2021187734A/ja
Publication of KR20210146164A publication Critical patent/KR20210146164A/ko
Priority to US18/412,823 priority patent/US12359911B2/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
    • H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B15/00—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons
    • G01B15/02—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons for measuring thickness
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/182—Graphene
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/22—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
    • G01N23/2206—Combination of two or more measurements, at least one measurement being that of secondary emission, e.g. combination of secondary electron [SE] measurement and back-scattered electron [BSE] measurement
    • G01N23/2208—Combination of two or more measurements, at least one measurement being that of secondary emission, e.g. combination of secondary electron [SE] measurement and back-scattered electron [BSE] measurement all measurements being of a secondary emission, e.g. combination of SE measurement and characteristic X-ray measurement
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/22—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
    • G01N23/227—Measuring photoelectric effect, e.g. photoelectron emission microscopy [PEEM]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/22—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
    • G01N23/227—Measuring photoelectric effect, e.g. photoelectron emission microscopy [PEEM]
    • G01N23/2273—Measuring photoelectron spectrum, e.g. electron spectroscopy for chemical analysis [ESCA] or X-ray photoelectron spectroscopy [XPS]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
    • H01L21/285—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
    • H01L21/28506—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers
    • H01L21/28512—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D64/00—Electrodes of devices having potential barriers
    • H10D64/60—Electrodes characterised by their materials
    • H10D64/62—Electrodes ohmically coupled to a semiconductor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y35/00—Methods or apparatus for measurement or analysis of nanostructures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2223/00—Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/07—Investigating materials by wave or particle radiation secondary emission
    • G01N2223/085—Investigating materials by wave or particle radiation secondary emission photo-electron spectrum [ESCA, XPS]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2223/00—Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/40—Imaging
    • G01N2223/418—Imaging electron microscope
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2223/00—Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/60—Specific applications or type of materials
    • G01N2223/61—Specific applications or type of materials thin films, coatings

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

엑스선 광전자 분광법을 이용한 그래핀층의 두께 계산방법 및 실리콘 카바이드의 함량 측정 방법이 개시된다. 실리콘 기판에 직접 성장된 그래핀층의 두께를 계산하는 방법에 있어서, 그래핀층에서 방출된 광전자빔의 신호 세기와 실리콘 기판에서 방출되는 광전자빔의 신호 세기의 비율을 이용하여 실리콘 기판에 직접 성장된 그래핀층의 두께를 측정한다.

Description

엑스선 광전자 분광법을 이용한 그래핀층의 두께 계산방법 및 실리콘 카바이드의 함량 측정 방법{Calculation method of graphene layer and measurement method of silicon carbide content using XPS}
엑스선 광전자 분광법(XPS; X-ray Photoelectron Spectroscopy)을 이용하여 실리콘 기판에 직접 성장되는 그래핀층의 두께를 계산하는 방법 및 실리콘 기판과 그래핀층 사이에 형성된 계면층에 포함된 실리콘 카바이드의 함량을 측정하는 방법에 관한 것이다.
반도체 소자 분야에서는 금속 배선의 폭이 줄어듦에 따른 저항 증가 문제 및 새로운 금속 베리어(metal barrier) 물질의 개발 필요성 문제를 해결하기 위해 그래핀(graphene)에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 그래핀은 탄소원자들이 2차원적으로 연결되어 육각형 벌집(hexagonal honeycomb) 구조를 가지는 물질로서, 원자 크기 수준의 매우 얇은 두께를 가지고 있다. 이러한 그래핀은 실리콘(Si)에 비해 높은 전기 이동도 및 우수한 열특성을 가지며, 화학적으로 안정하고, 표면적이 넓다는 장점을 가지고 있다.
예시적인 실시예는 엑스선 광전자 분광법을 이용하여 실리콘 기판에 직접 성장되는 그래핀층의 두께를 계산하는 방법 및 실리콘 기판과 그래핀층 사이에 형성된 계면층에 포함된 실리콘 카바이드의 함량을 측정하는 방법을 제공한다.
일 측면에 있어서,
실리콘 기판에 직접 성장된 그래핀층의 두께를 엑스선 광전자 분광법(XPS; X-ray Photoelectron Spectroscopy)을 이용하여 계산하는 방법에 있어서,
상기 그래핀층의 두께(tG)는 다음 식에 의해 계산되며,
Figure pat00001
여기서,
Figure pat00002
,
Figure pat00003
(λEAL은 유효 감쇠 길이, α는 검출 각도, Ico는 벌크형 그래핀에서 방출된 광전자빔의 신호 세기, Isio는 벌크형 실리콘에서 방출된 광전자빔의 신호 세기, Ic는 상기 그래핀층에서 방출된 광전자빔의 신호 세기, Isi는 상기 실리콘 기판에서 방출된 광전자빔의 신호 세기)
상기 R0는 상기 실리콘 기판에서 방출된 광전자빔의 신호 세기(Isi)와 상기 그래핀층에서 방출된 광전자빔의 신호 세기(Ic)의 선형 관계에 의해 얻어지는 그래핀층의 두께 계산방법이 제공된다.
상기 그래핀층은 결정질 그래핀(crystalline graphene) 또는 나노결정질 그래핀(nanocrystalline graphene)을 포함할 수 있다.
상기 유효 감쇠 길이는 투과 전자 현미경에 의한 측정 결과들과 상기 엑스선 광전자 분광법에 의한 측정 결과들 사이의 선형 관계로부터 캘리브레이션(calibration)을 통해 얻어질 수 있다.
상기 벌크형 그래핀은 10nm 이상의 두께를 가질 수 있다.
다른 측면에 있어서,
실리콘 기판에 직접 성장된 그래핀층의 두께를 엑스선 광전자 분광법(XPS; X-ray Photoelectron Spectroscopy)을 이용하여 계산하는 방법에 있어서,
상기 실리콘 기판과 상기 그래핀층 사이에는 계면층이 형성되고,
상기 그래핀층의 두께(tG)는 다음 식에 의해 계산되며,
Figure pat00004
여기서,
Figure pat00005
(λEAL은 유효 감쇠 길이, α는 검출 각도, Ico는 벌크형 그래핀에서 방출된 광전자빔의 신호 세기, Isio는 벌크형 실리콘에서 방출된 광전자빔의 신호 세기, Ic는 상기 그래핀층에서 방출된 광전자빔의 신호 세기, Isi는 상기 실리콘 기판에서 방출된 광전자빔의 신호 세기, K는 상기 계면층의 영향에 따른 보정값)
상기 R0는 상기 실리콘 기판에서 방출된 광전자빔의 신호 세기(Isi)와 상기 그래핀층에서 방출된 광전자빔의 신호 세기(Ic)의 선형 관계에 의해 얻어지는 그래핀층의 두께 계산방법이 제공된다.
상기 계면층은 실리콘 카바이드(silicon carbide), 실리콘 옥시카바이드(silicon oxycarbide) 및 실리콘 옥사이드(silicon oxide)를 포함할 수 있다.
상기 그래핀층은 결정질 그래핀 또는 나노결정질 그래핀을 포함할 수 있다.
상기 유효 감쇠 길이는 투과 전자 현미경에 의한 측정 결과들과 상기 엑스선 광전자 분광법에 의한 측정 결과들 사이의 선형 관계로부터 캘리브레이션을 통해 얻어질 수 있다.
또 다른 측면에 있어서,
실리콘 기판에 직접 성장된 그래핀층과 상기 실리콘 기판 사이에 형성되는 계면층 내에 포함된 실리콘 카바이드의 함량을 측정하는 방법에 있어서,
엑스선 광전자 분광법에 의해 상기 실리콘 기판에서 방출되는 광전자빔의 스펙트럼을 이용하여 상기 실리콘 카바이드의 함량을 측정하는 실리콘 카비이드의 함량 측정방법이 제공된다.
상기 계면층은 실리콘 카바이드, 실리콘 옥시카바이드 및 실리콘 옥사이드으로 구성될 수 있다.
상기 실리콘 카바이드의 함량은 상기 실리콘 카바이드의 조성, 상기 실리콘 옥시카바이드의 조성 및 실리콘 옥사이드의 조성의 합에 대한 상기 실리콘 카바이드의 조성의 비율에 의해 측정될 수 있다.
상기 실리콘 카바이드의 함량은 상기 실리콘 기판에서 방출되는 광전자빔의 스펙트럼에서 상기 실리콘 카바이드 피크의 면적, 상기 실리콘 옥시카바이드 피크의 면적 및 실리콘 옥사이드 피크의 면적의 합에 대한 상기 실리콘 카바이드 피크의 면적의 비율을 계산함으로써 측정될 수 있다.
예시적인 실시예에 의하면, 엑스선광전자 분광법(XPS)를 이용하여 그래핀층에서 방출된 광전자빔의 신호 세기와 실리콘 기판에서 방출되는 광전자빔의 신호 세기의 비율을 이용하여 실리콘 기판에 직접 성장된 그래핀층의 두께를 비교적 정확하게 계산할 수 있다.
또한, 실리콘 기판에서 방출되는 스펙트럼에서 실리콘 카바이드의 신호 세기, 실리콘 옥시카바이드의 신호 세기 및 실리콘 옥사이드의 신호 세기를 측정함으로써 계면층 내에 포함되어 있는 실리콘 카바이드의 함량을 비교적 정확하게 측정할 수 있다.
도 1은 실리콘 기판에 그래핀층을 직접 성장한 모습을 도시한 것이다.
도 2는 엑스선 광전자 분광법을 이용하여 그래핀층에서 방출되는 광전자빔의 예시적인 C1s 스펙트럼을 도시한 것이다.
도 3은 엑스선 광전자 분광법을 이용하여 실리콘 기판에서 방출되는 광전자빔의 예시적인 Si2p 스펙트럼을 도시한 것이다.
도 4a는 그래핀층에서 광전자빔이 발생되어 외부로 방출되어 검출되는 모습을 도시한 것이다.
도 4b는 도 4a의 그래핀층에서 방출되는 광전자빔의 신호 세기를 그래핀층의 두께에 따라 도시한 것이다.
도 5a는 실리콘 기판에서 광전자빔이 발생되어 방출되어 검출되는 모습을 도시한 것이다.
도 5b는 도 5a의 실리콘 기판에서 그래핀층을 통해 방출되는 광전자빔의 신호 세기를 그래핀층의 두께에 따라 도시한 것이다.
도 6은 실리콘 기판에 성장된 그래핀층(나노결정질 그래핀)의 두께를 변화시키면서 실리콘 기판에서 방출된 광전자빔의 신호 세기(ISi)와 그래핀층(나노결정질 그래핀)에서 방출된 광전자빔의 신호 세기(IC)를 측정한 결과들을 도시한 데이터 그래프이다.
도 7은 엑스선 광전자 분광법을 이용하여 실리콘 기판에서 방출되는 광전자빔의 다른 예시적인 Si2p 스펙트럼을 도시한 것이다.
도 8은 실리콘 기판에 그래핀층을 직접 성장시키는 경우 증착 공정의 조건들을 변화시킴에 따라 실리콘 기판과 그래핀층 사이에 형성된 계면층 내에 포함된 실리콘 카바이드의 함량이 변화되는 모습을 도시한 실험 결과들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 예시적인 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다.
이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
“상기”의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 이러한 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 이 단계들의 기재 순서에 한정되는 것은 아니다. 모든 예들 또는 예시적인 용어의 사용은 단순히 기술적 사상을 상세히 설명하기 위한 것으로서 청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 이러한 예들 또는 예시적인 용어로 인해 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 실리콘 기판에 그래핀층을 직접 성장시킨 모습을 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 실리콘 기판(110) 상에는 그래핀층(120)이 직접 성장 형성되어 있다. 이 경우, 실리콘 기판(110)과 그래핀층(120) 사이에는 계면층(130)이 더 형성될 수 있다. 여기서, 계면층(130)은 그래핀층(120)이 성장하기 전에 실리콘 기판(110) 상에서 실리콘과 탄소, 산소 등이 결합하면서 형성될 수 있다. 한편, 실리콘 기판(110)과 그래핀층(120) 사이에는 계면층(120)이 형성되지 않을 수도 있다.
그래핀층(120)은 증착 공정을 통해 촉매 없이 실리콘 기판(110)의 표면에 직접 성장될 수 있다. 그래핀층(120)은 예를 들면, 열 화학기상증착(thermal CVD; thermal Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학기상증착(PECVD: Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 등에 의해 형성될 수 있다. 하지만, 이는 예시적인 것으로 이외에도 원자층 증착(ALD; Atomic Layer Deposition), 물리기상증착(PVD; Physical Vapor Deposition) 등에 의해 형성될 수도 있다.
그래핀층(120)은 일반적인 결정질 그래핀(crystalline graphene) 또는 나노결정질 그래핀(nanocrystalline graphene)을 포함할 수 있다. 전체 탄소에 대한 sp2 결합 구조(bonding structure)를 가지는 탄소의 비율은 XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy) 분석을 통한 D-parameter의 측정에 의해 얻어질 수 있다. 구체적으로, XPS 분석에서 전체 탄소에 대한 sp2 결합 구조를 가지는 탄소의 비율에 따라 탄소에 대한 Auger 스펙트럼의 피크 형상(peak shape)이 달라지게 된다. 이러한 피크 형상을 미분함으로써 형성되는 D-parameter 스펙트럼에서 최고점과 최저점 사이의 간격이 D-parameter가 된다. 따라서, 탄소에 대한 Auger 스펙트럼에서 D-parameter를 측정함으로써 일반적인 결정질 그래핀과 나노결정질 그래핀을 구별할 수 있다.
일반적인 결정질 그래핀은 진성 그래핀(intrinsic graphene)으로도 불리는 것으로, 예를 들면, 대략 100nm 보다 큰 크기의 결정들을 포함할 수 있다. 일반적인 결정질 그래핀에서는 탄소에 대한 Auger 스펙트럼에서 D-parameter가 대략 23eV 정도가 될 수 있다. 이 경우, 전체 탄소에 대한 sp2 결합 구조(bonding structure)를 가지는 탄소의 비율은 거의 100%가 될 수 있다. 이러한 일반적인 결정질 그래핀에는 수소가 거의 포함되어 있지 않을 수 있다. 그리고, 일반적인 결정질 그래핀은 밀도가 예를 들면, 대략 2.1 g/cc 정도가 될 수 있으며, 면저항(sheet resistance)은 예를 들면 대략 100~300 Ohm/sq 정도가 될 수 있다. 하지만, 이에 한정되지는 않는다.
나노결정질 그래핀은 일반적인 결정성 그래핀 보다 작은 크기의 결정들을 포함할 수 있다. 구체적인 예를 들면, 나노결정질 그래핀은 대략 0.5nm ~ 100nm 정도의 크기를 가지는 결정들을 포함할 수 있다. 이러한 나노결정질 그래핀에서는 탄소에 대한 Auger 스펙트럼에서 D-parameter가 대략 18~22.9 eV 정도가 될 수 있다. 이 경우, 전체 탄소에 대한 sp2 결합 구조를 가지는 탄소의 비율은 예를 들면, 대략 50% ~ 99% 정도가 될 수 있다. 나노결정질 그래핀은 예를 들면, 대략 1~20 at% (atomic percent) 정도의 수소를 포함하고 있을 수 있다. 또한, 나노결정질 그래핀은 밀도가 예를 들면, 대략 1.6~2.1 g/cc 정도가 될 수 있으며, 면저항은 예를 들면 대략 1000 Ohm/sq 보다 클 수 있다. 하지만 이에 한정되지는 않는다.
실리콘 기판(110)과 그래핀층(120) 사이에는 계면층(120)이 형성될 수 있다. 이러한 계면층(130)은 그래핀층(120)이 성장하는 전에 실리콘과 탄소, 산소 등이 결합하면서 형성될 수 있다. 예를 들어, 계면층(130)은 실리콘과 탄소가 결합한 실리콘 카바이드(silicon carbide), 실리콘, 탄소 및 산소가 결합한 실리콘 옥시카바이드(silicon oxycarbide), 및 실리콘과 산소가 결합한 실리콘 옥사이드(silicon oxide)을 포함할 수 있다.
도 2 및 도 3은 엑스선 광전자 분광법(XPS)을 이용하여 도 1에 도시된 구조에서 방출되는 스펙트럼들을 예시적으로 도시한 것이다.
도 2에는 엑스선 광전자 분광법(XPS)에 의해 그래핀층(120)에서 방출되는 광전자빔의 C1s 스펙트럼이 예시적으로 도시되어 있다. 도 2에서 "Csp2"는 sp2 결합 구조를 가지는 탄소를 나타내며, "Csp3"는 sp3 결합 구조를 가지는 탄소를 나타낸다. 그리고, "SiOC"는 실리콘 옥시카바이드를 나타내며, "C-O"는 단일 결합된(single-bonded) 탄소와 산소, "C=O"는 이중 결합된(double-bonded) 탄소와 산소를 나타낸다. 도 2를 참조하면, 그래핀층이 sp2 결합 구조를 가지는 탄소의 비율이 50% ~ 99% 인 나노결정질 그래핀을 포함하고 있음을 알 수 있다.
도 3에는 엑스선 광전자 분광법을 이용하여 실리콘 기판(110)에서 방출되는 광전자빔의 Si2p 스펙트럼을 예시적으로 도시한 것이다. 도 3에서 "SiC"는 실리콘 카바이드를 나타내며, "SiOC"는 실리콘 옥시카바이드를 나타내고, "SiO"는 실리콘 옥사이드를 나타낸다. 도 3을 참조하면, 실리콘 피크(Si peak) 외에 실리콘 카바이드 피크(SiC peak), 실리콘 옥시카바이드 피크(SiOC peak), 실리콘 옥사이드 피크(SiO peak)도 검출되었다. 이에 따라, 실리콘 기판(110)과 그래핀층(120) 사이에는 실리콘 카바이드, 실리콘 옥시카바이드 및 실리콘 옥사이드를 포함하는 계면층(130)이 형성되어 있음을 알 수 있다.
도 4a는 그래핀층(120)에서 광전자빔이 발생되어 외부로 방출되어 검출되는 모습을 도시한 것이다. 도 4a를 참조하면, 엑스선 소스(미도시)로부터 방출된 엑스선이 그래핀층(120)에 조사되면 그래핀층(120)에서 광전자빔이 발생되어 외부로 방출되며, 이렇게 방출된 광전자빔은 검출기(미도시)에 의해 검출된다. 도 4a에는 그래핀층(!20)에서 발생된 광전자빔이 그래핀층(120)의 수직 방향에 대해 소정 각도(α)로 방출되어 검출되는 모습이 예시적으로 도시되어 있다.
도 4b는 도 4a의 그래핀층(120)에서 방출되는 광전자빔의 신호 세기를 그래핀층(120)의 두께에 따라 도시한 것이다. 그래핀층(120)에서 방출되는 광전자빔의 신호 세기와 그래핀층(120)의 두께(t) 사이의 관계식은 다음 (식 1)과 같다.
Figure pat00006
… (식 1)
(식 1)에서 "IC"는 그래핀층(120)에서 방출되는 광전자빔의 신호 세기를 나타내며, "IC0"는 벌크형 그래핀에서 방출되는 광전자빔으로부터 측정되는 신호 세기를 나타낸다. 여기서, 벌크형 그래핀은 두꺼운 두께(예를 들면, 대략 10nm 이상의 두께)를 가지는 그래핀 바디(body)가 될 수 있다. "λc,c"는 그래핀층(120)에서 발생되어 그래핀층(120)을 통과하는 광전자빔의 비탄력성 평균자유경로(inelastic mean free path)를 나타낸다. 그리고, "α"는 그래핀층(120)에서 방출되는 광전자빔의 검출 각도를 나타낸다.
도 5a는 실리콘 기판(110)에서 광전자빔이 발생되어 외부로 방출되어 검출되는 모습을 도시한 것이다. 도 5a를 참조하면, 엑스선 소스로부터 방출되어 그래핀층(120)을 투과한 엑스선이 실리콘 기판(110)에 조사되면 실리콘 기판(110)에서 광전자빔이 발생되어 외부로 방출되며, 이렇게 방출된 광전자빔은 검출기에 의해 검출된다. 도 5a에는 실리콘 기판(110)에서 발생된 광전자빔이 그래핀층(120)의 수직 방향에 대해 소정 각도(α)로 방출되어 검출되는 모습이 예시적으로 도시되어 있다.
도 5b는 도 5a의 실리콘 기판(110)에서 방출되는 광전자빔의 신호 세기를 그래핀층(120)의 두께에 따라 도시한 것이다. 실리콘 기판(110)에서 방출되는 광전자빔의 신호 세기와 그래핀층의 두께(t) 사이의 관계식는 다음 (식 2)와 같다.
Figure pat00007
… (식 2)
(식 2)에서 "ISi"는 실리콘 기판(110)에서 방출되는 광전자빔의 신호 세기를 나타내며, "ISi0"는 벌크형 실리콘에서 방출되는 광전자빔으로부터 측정되는 신호 세기를 나타낸다. 여기서, 벌크형 실리콘은 두꺼운 두께를 가지는 실리콘 바디가 될 수 있다. "λsi,c"는 실리콘 기판(110)에서 발생되어 그래핀층(120)을 통과하는 광전자빔의 비탄력성 평균자유경로를 말한다.
그래핀층(120)의 두께를 계산하는 방법으로 그래핀층(120)에서 방출된 광전자빔의 신호 세기를 이용하는 방법이 있다. 이 방법에서, 그래핀층(120)의 두께(tG)는 전술한 (식 1)을 토대로 하여 다음과 같은 (식 3)에 의해 계산될 수 있다.
Figure pat00008
… (식 3)
(식 3)에서"λEAL"은 실제 두께 측정을 위해 정의되는 값으로 유효 감쇠 길이(effective attenuation length)를 나타낸다. 그리고, "IC0"는 벌크형 그래핀에서 방출되는 광전자빔으로부터 측정되는 신호 세기를 나타내며, "IC"는 그래핀층(120)에서 방출되는 광전자빔으로부터 측정되는 신호 세기를 나타낸다.
(식 3)에 기재된 λEAL은 다음과 같은 캘리브레이션(calibration) 방법으로 획득함으로써 그래핀층(120)의 두께를 비교적 정확하게 계산할 수 있다.
전술한 (식 1)에 의한 엑스선 광전자 분광법을 이용한 두께 측정방법은 절대 두께는 정확히 알 수 없으나, 서로 다른 두께의 비율을 정확하게 알 수 있다. 특히, 측정 신호가 검출되지 않는 경우에는 실제 두께가 정확히"0"이 되는 장점이 있다. 이러한 엑스선 광전자 분광법을 이용한 두께 측정방법에서 편차(offset)는 "0"이 될 수 있다. 따라서, 실제 그래핀층(120)의 두께(tG)와 엑스선 광전자 분광법을 이용한 그래핀층(120)의 두께(tXPS) 사이에는 다음과 같은 (식 4)가 성립될 수 있다.
Figure pat00009
… (식 4)
(식 4)에서"m"은 XPS 용 환산계수(scaling factor for XPS)를 나타낸다.
그리고, (식 4)로부터 다음과 같은 (식 5)가 성립한다.
Figure pat00010
… (식 5)
투과 전자 현미경을 이용한 두께 측정방법은 절대 두께를 측정할 수는 있으나 계면에서의 거칠기(roughness)나 오염 등으로 계면의 위치를 정확히 정의하기 어려운 점이 있다. 따라서, 투과 전자 현미경을 이용한 두께 측정방법은 소정의 편차를 포함한 절대 두께를 측정하게 된다.
이에 따라, 실제 그래핀층(120)의 두께(tG)와 투과 전자 현미경을 이용한 그래핀층(120)의 두께(tTEM) 사이에는 다음과 같은 (식 6)의 관계가 성립될 수 있다.
Figure pat00011
… (식 6)
(식 6)에서"c"는 TEM 용 편차(offset for TEM)을 나타낸다.
그리고, (식 4) 및 (식 6)로부터 다음과 같은 (식 6)이 성립한다.
Figure pat00012
… (식 7)
(식 7)로부터 엑스선 광전자 분광법을 이용한 그래핀층(120)의 두께(tXPS)와 투과 전자 현미경을 이용한 그래핀층의 두께(tTEM) 사이에는 선형 관계가 성립하는 것을 알 수 있다. 따라서, 엑스선 광전자 분광법에 의한 두께 측정 결과들과 투과 전자 현미경에 의한 두께 측정 결과들 사이의 선형 관계로부터 캘리브레이션을 통해 XPS 용 환산계수 (m)를 결정할 수 있다. 그리고, 이렇게 결정된 XPS 용 환산계수 (m)를 이용하여 (식 5)에 따라 λEAL 을 획득할 수 있으며, 그래핀층(120)의 두께(tG)는 (식 3)을 이용하여 계산할 수 있다.
이하에서는 예시적인 실시예에 따라 엑스선 광전자 분광법을 이용하여 실리콘 기판(110) 상에 직접 성장된 그래핀층(120)의 두께를 계산하는 방법들에 대해 설명한다.
예시적인 실시예에 따른 그래핀층(120)의 두께를 계산하는 방법은 그래핀층(120)에서 방출된 광전자빔의 신호 세기와 실리콘 기판(110)에서 방출되는 광전자빔의 신호 세기의 비율을 이용하는 방법이다. 이 방법은 실리콘 기판(110)과 그래핀층(120) 사이에 계면층(130)이 형성되지 않는 경우나 계면층(130)의 영향을 반영하지 않는 경우에 이용될 수 있다.
그래핀층(120)의 두께(tG)는 전술한 (식 1) 및 (식 2)를 토대로 하여 다음과 같은 (식 8)에 의해 계산될 수 있다. 여기서, (식 8)은 (식 1)에 기재된 λc,c와 (식 2)에 기재된 λsi,c가 동일한 값을 가지는 것으로 가정하여 계산되었다.
Figure pat00013
… (식 8)
여기서,
Figure pat00014
,
Figure pat00015
"λEAL"은 전술한 바와 같이 층의 실제 두께 측정을 위해 정의되는 값으로, 유효 감쇠 길이를 나타낸다. "IC0"는 벌크형 그래핀에서 방출되는 광전자빔으로부터 측정되는 신호 세기를 나타내며, "ISi0"는 벌크형 실리콘에서 방출되는 광전자빔으로부터 측정되는 신호 세기를 나타낸다. 그리고, "IC"는 그래핀층(120)에서 방출되는 광전자빔으로부터 측정되는 신호 세기를 나타내며, "ISi"는 실리콘 기판(110)에서 그래핀층(120)을 통해 방출되는 광전자빔으로부터 측정되는 신호 세기를 나타낸다.
λEAL을 획득하는 방법은 전술하였으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. R0는 벌크형 실리콘에서 방출되는 광전자빔으로부터 측정되는 신호 세기(ISi0)에 대한 벌크형 그래핀에서 방출되는 광전자빔으로부터 측정되는 신호 세기(IC0)의 비(ratio)를 계산함으로써 얻어질 수 있다. 그러나, 이 경우에는 10nm 이상의 두께를 가지는 벌크형 그래핀을 제작해야 하는 문제가 있다.
본 실시예에서, R0는 실리콘 기판(110)에서 방출된 광전자빔의 신호 세기(ISi)와 그래핀층(120)에서 방출된 광전자빔의 신호 세기(IC) 사이에 형성되는 선형 관계로부터 얻어질 수 있다.
구체적으로, (식 1) 및 (식 2)로부터 다음과 같은 (식 9)가 성립될 수 있다. 여기서, (식 9)은 (식 1)에 기재된 λc,c와 (식 2)에 기재된 λsi,c가 동일한 값을 가지는 것으로 가정하여 계산되었다.
Figure pat00016
… (식 9)
(식 9)를 참조하면, 실리콘 기판(110)에서 방출된 광전자빔의 신호 세기(ISi)와 그래핀층(120)에서 방출된 광전자빔의 신호 세기(IC) 사이에는 선형 관계가 성립됨을 알 수 있다.
도 6은 실리콘 기판에 성장된 그래핀층(나노결정질 그래핀)의 두께를 1nm ~ 5nm 범위 내에서 변화시키면서 실리콘 기판에서 방출된 광전자빔의 신호 세기(ISi)와 그래핀층(나노결정질 그래핀)에서 방출된 광전자빔의 신호 세기(IC)를 측정한 결과들을 도시한 데이터 그래프이다.
도 6에 도시된 데이터 그래프로부터 실리콘 기판에서 방출된 광전자빔의 신호 세기(ISi)와 그래핀층에서 방출된 광전자빔의 신호 세기(IC) 사이에 선형 관계가 성립됨을 알 수 있다. 여기서, 도 6에 도시된 테이터 그래프에 의해 형성되는 직선의 기울기는 (식 9)의 -1/R0에 해당할 수 있다. 따라서, 도 6에 도시된 테이터 그래프에 의해 형성되는 직선의 기울기를 측정하게 되면 R0 값을 얻을 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따라 그래핀층(120)의 두께를 계산하는 방법은 (식 8)에 기재된 바와 같이 그래핀층(120)에서 방출된 광전자빔의 신호 세기와 실리콘 기판(110)에서 방출되는 광전자빔의 신호 세기의 비율을 이용하여 그래핀층(120)의 두께를 측정할 수 있다는 장점이 있다.
다른 예시적인 실시예에 따른 그래핀층(120)의 두께를 계산하는 방법은 실리콘 기판(110)과 그래핀층(120) 사이에 계면층(130)이 형성된 경우에 전술한 (식 8)에 계면층(130)의 영향을 반영하는 방법이다. 여기서, 계면층(120)은 전술한 바와 같이 실리콘 카바이드, 실리콘 옥시카바이드 및 실리콘 옥사이드를 포함한다. 이 방법에서 그래핀층(120)의 두께(tG)는 다음과 같은 (식 10)에 의해 계산될 수 있다.
Figure pat00017
… (식 10)
(식 10)에서 "K"는 계면층(130)의 영향에 따른 보정값으로서 다음 (식 11)에 의해 정의될 수 있다.
Figure pat00018
… (식 11)
여기서,
Figure pat00019
,
Figure pat00020
,
Figure pat00021
“ISiC0”, “ISiOC”, “ISiO0”는 각각 벌크형 실리콘 카바이드, 벌크형 실리콘 옥시카바이드, 벌크형 실리콘 옥사이드에서 방출되는 광전자빔으로부터 측정되는 신호 세기를 나타낸다.
(식 10)에서 R0는 전술한 바와 같이, 실리콘 기판(110)에서 방출된 광전자빔의 신호 세기(ISi)와 그래핀층(120)에서 방출된 광전자빔의 신호 세기(IC) 사이에 형성되는 선형 관계로부터 얻어질 수 있다.
이상과 같이, 예시적인 실시예에 따른 그래핀층(120)의 두께 계산방법에서는 엑스선광전자 분광법(XPS)를 이용하여 그래핀층(120)에서 방출된 광전자빔의 신호 세기와 실리콘 기판(110)에서 방출되는 광전자빔의 신호 세기의 비율을 이용하여 실리콘 기판(110)에 직접 성장된 그래핀층(120)의 두께를 비교적 정확하게 계산할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(110)과 그래핀층(120) 사이에는 계면층(130)이 형성되어 있으며. 이 계면층(130)에는 실리콘 카바이드가 포함되어 있다. 여기서, 실리콘 카바이드는 실리콘과 카본이 결합하면서 생기는 물질로서, 실리콘 카바이드의 함량이 높을수록 실리콘 기판(110)과 그래핀층(120) 사이의 접착력을 증대될 수 있다.
이하에서는 도 1에 도시된 구조에서 실리콘 기판(110)과 그래핀층(120) 사이에 형성된 계면층(130)에 포함된 실리콘 카바이드의 함량을 측정하는 방법을 설명한다.
도 7은 엑스선 광전자 분광법(XPS)을 이용하여 실리콘 기판(110)에서 방출되는 광전자빔의 예시적인 Si2p 스펙트럼을 도시한 것이다. 도 7에서 "SiC"는 실리콘 카바이드를 나타내며, "SiOC"는 실리콘 옥시카바이드를 나타내고, "SiO"는 실리콘 옥사이드를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 실리콘 피크(Si peak) 외에 실리콘 카바이드 피크(SiC peak), 실리콘 옥시카바이드 피크(SiOC peak), 실리콘 옥사이드 피크(SiO peak)도 검출되었다. 이에 따라, 실리콘 기판(110)과 그래핀층(120) 사이에는 실리콘 카바이드, 실리콘 옥시카바이드 및 실리콘 옥사이드를 포함하는 계면층(130)이 형성되어 있음을 알 수 있다.
계면층에서의 실리콘 카바이드 함량은 상기 실리콘 카바이드의 조성, 상기 실리콘 옥시카바이드의 조성 및 실리콘 옥사이드의 조성의 합에 대한 상기 실리콘 카바이드의 조성의 비율에 의해 측정될 수 있다.
본 예시적인 실시예에서는 도 7에 도시된 스펙트럼에서 실리콘 카바이드의 신호 세기, 실리콘 옥시카바이드의 신호 세기 및 실리콘 옥사이드의 신호 세기를 측정함으로써 계면층 내에 포함되어 있는 실리콘 카바이드의 함량을 측정할 수 있다.
구체적으로, 도 7에 도시된 스펙트럼에서 실리콘 카바이드 피크의 면적, 실리콘 옥시카바이드 피크의 면적 및 실리콘 옥사이드 피크의 면적의 합에 대한 실리콘 카바이드 피크의 면적의 비율을 계산함으로써 계면층 내에 포함된 실리콘 카바이드의 함량을 측정할 수 있다.
도 8에는 플라즈마 화학기상증착(PECVD) 공정에서 공정 조건들을 변화시켜 가면서 실리콘 기판에 그래핀층을 성장시키는 경우에 실리콘 기판과 그래핀층 사이에 형성된 계면층 내에 포함되어 있는 실리콘 카바이드 및 실리콘 옥사이드의 함량을 측정한 결과들이 예시적으로 도시되어 있다.
도 8에 도시된 실리콘 카바이드의 함량 및 실리콘 옥사이드의 함량은 전술한 예시적인 실시예에 따른 측정 방법을 통해 얻어진 결과들이다. 즉, 실리콘 카바이드의 함량은 실리콘 기판에서 방출되는 스펙트럼에서 실리콘 카바이드 피크의 면적, 실리콘 옥시카바이드 피크의 면적 및 실리콘 옥사이드 피크의 면적의 합에 대한 실리콘 카바이드 피크의 면적의 비율을 계산함으로써 측정되었다. 또한, 실리콘 옥사이드의 함량은 실리콘 기판에서 방출되는 스펙트럼에서 실리콘 카바이드 피크의 면적, 실리콘 옥시카바이드 피크의 면적 및 실리콘 옥사이드 피크의 면적의 합에 대한 실리콘 옥사이드 피크의 면적의 비율을 계산함으로써 측정되었다.
본 예시적인 실시예에 따르면, 실리콘 기판에서 방출되는 스펙트럼에서 실리콘 카바이드의 신호 세기, 실리콘 옥시카바이드의 신호 세기 및 실리콘 옥사이드의 신호 세기를 측정함으로써 계면층 내에 포함되어 있는 실리콘 카바이드의 함량을 비교적 정확하게 측정할 수 있다.
이상에서 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형이 가능하다.
110.. 실리콘 기판
120.. 그래핀층
130.. 계면층

Claims (12)

  1. 실리콘 기판에 직접 성장된 그래핀층의 두께를 엑스선 광전자 분광법(XPS; X-ray Photoelectron Spectroscopy)을 이용하여 계산하는 방법에 있어서,
    상기 그래핀층의 두께(tG)는 다음 식에 의해 계산되며,
    Figure pat00022

    여기서,
    Figure pat00023
    ,
    Figure pat00024

    (λEAL은 유효 감쇠 길이, α는 검출 각도, Ico는 벌크형 그래핀에서 방출된 광전자빔의 신호 세기, Isio는 벌크형 실리콘에서 방출된 광전자빔의 신호 세기, Ic는 상기 그래핀층에서 방출된 광전자빔의 신호 세기, Isi는 상기 실리콘 기판에서 방출된 광전자빔의 신호 세기)
    상기 R0는 상기 실리콘 기판에서 방출된 광전자빔의 신호 세기(Isi)와 상기 그래핀층에서 방출된 광전자빔의 신호 세기(Ic)의 선형 관계에 의해 얻어지는 그래핀층의 두께 계산방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 그래핀층은 결정질 그래핀(crystalline graphene) 또는 나노결정질 그래핀(nanocrystalline graphene)을 포함하는 그래핀층의 두께 계산방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유효 감쇠 길이는 투과 전자 현미경에 의한 측정 결과들과 상기 엑스선 광전자 분광법에 의한 측정 결과들 사이의 선형 관계로부터 캘리브레이션(calibration)을 통해 얻어지는 그래핀층의 두께 계산방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 벌크형 그래핀은 10nm 이상의 두께를 가지는 그래핀층의 두께 계산방법.
  5. 실리콘 기판에 직접 성장된 그래핀층의 두께를 엑스선 광전자 분광법(XPS; X-ray Photoelectron Spectroscopy)을 이용하여 계산하는 방법에 있어서,
    상기 실리콘 기판과 상기 그래핀층 사이에는 계면층이 형성되고,
    상기 그래핀층의 두께(tG)는 다음 식에 의해 계산되며,
    Figure pat00025

    여기서,
    Figure pat00026

    (λEAL은 유효 감쇠 길이, α는 검출 각도, Ico는 벌크형 그래핀에서 방출된 광전자빔의 신호 세기, Isio는 벌크형 실리콘에서 방출된 광전자빔의 신호 세기, Ic는 상기 그래핀층에서 방출된 광전자빔의 신호 세기, Isi는 상기 실리콘 기판에서 방출된 광전자빔의 신호 세기, K는 상기 계면층의 영향에 따른 보정값)
    상기 R0는 상기 실리콘 기판에서 방출된 광전자빔의 신호 세기(Isi)와 상기 그래핀층에서 방출된 광전자빔의 신호 세기(Ic)의 선형 관계에 의해 얻어지는 그래핀층의 두께 계산방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 계면층은 실리콘 카바이드(silicon carbide), 실리콘 옥시카바이드(silicon oxycarbide) 및 실리콘 옥사이드(silicon oxide)를 포함하는 그래핀층의 두께 계산방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 그래핀층은 결정질 그래핀 또는 나노결정질 그래핀을 포함하는 그래핀층의 두께 계산방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 유효 감쇠 길이는 투과 전자 현미경에 의한 측정 결과들과 상기 엑스선 광전자 분광법에 의한 측정 결과들 사이의 선형 관계로부터 캘리브레이션을 통해 얻어지는 그래핀층의 두께 계산방법.
  9. 실리콘 기판에 직접 성장된 그래핀층과 상기 실리콘 기판 사이에 형성되는 계면층 내에 포함된 실리콘 카바이드의 함량을 측정하는 방법에 있어서,
    엑스선 광전자 분광법에 의해 상기 실리콘 기판에서 방출되는 광전자빔의 스펙트럼을 이용하여 상기 실리콘 카바이드의 함량을 측정하는 실리콘 카바이드의 함량 측정방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 계면층은 실리콘 카바이드, 실리콘 옥시카바이드 및 실리콘 옥사이드로 구성되는 실리콘 카바이드의 함량 측정방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 실리콘 카바이드의 함량은 상기 실리콘 카바이드의 조성, 상기 실리콘 옥시카바이드의 조성 및 실리콘 옥사이드의 조성의 합에 대한 상기 실리콘 카바이드의 조성의 비율에 의해 측정되는 실리콘 카바이드의 함량 측정방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 실리콘 카바이드의 함량은 상기 실리콘 기판에서 방출되는 광전자빔의 스펙트럼에서 상기 실리콘 카바이드 피크의 면적, 상기 실리콘 옥시카바이드 피크의 면적 및 실리콘 옥사이드 피크의 면적의 합에 대한 상기 실리콘 카바이드 피크의 면적의 비율을 계산함으로써 측정되는 실리콘 카바이드의 함량 측정방법.
KR1020200063274A 2020-05-26 2020-05-26 엑스선 광전자 분광법을 이용한 그래핀층의 두께 계산방법 및 실리콘 카바이드의 함량 측정 방법 Pending KR20210146164A (ko)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200063274A KR20210146164A (ko) 2020-05-26 2020-05-26 엑스선 광전자 분광법을 이용한 그래핀층의 두께 계산방법 및 실리콘 카바이드의 함량 측정 방법
US17/145,966 US11906291B2 (en) 2020-05-26 2021-01-11 Method of calculating thickness of graphene layer and method of measuring content of silicon carbide by using XPS
EP21156223.6A EP3916348B1 (en) 2020-05-26 2021-02-10 Method of calculating thickness of graphene layer by using xps
CN202110333720.XA CN113725107A (zh) 2020-05-26 2021-03-29 用xps计算石墨层厚度和测量硅碳化物含量的方法
JP2021085345A JP2021187734A (ja) 2020-05-26 2021-05-20 Ｘ線光電子分光法を利用した、グラフェン層の厚さの測定方法及びシリコンカーバイドの含量の測定方法
US18/412,823 US12359911B2 (en) 2020-05-26 2024-01-15 Method of calculating thickness of graphene layer and method of measuring content of silicon carbide by using XPS

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200063274A KR20210146164A (ko) 2020-05-26 2020-05-26 엑스선 광전자 분광법을 이용한 그래핀층의 두께 계산방법 및 실리콘 카바이드의 함량 측정 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210146164A true KR20210146164A (ko) 2021-12-03

Family

ID=74586862

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200063274A Pending KR20210146164A (ko) 2020-05-26 2020-05-26 엑스선 광전자 분광법을 이용한 그래핀층의 두께 계산방법 및 실리콘 카바이드의 함량 측정 방법

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11906291B2 (ko)
EP (1) EP3916348B1 (ko)
JP (1) JP2021187734A (ko)
KR (1) KR20210146164A (ko)
CN (1) CN113725107A (ko)

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6259092B1 (en) * 1998-10-13 2001-07-10 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Thickness determination of carbonaceous overlayers on substrates of differing material
WO2011162411A1 (ja) * 2010-06-25 2011-12-29 日本電気株式会社 ２次元薄膜原子構造の層数決定方法および２次元薄膜原子構造の層数決定装置
GB2491199A (en) * 2011-05-27 2012-11-28 Univ Antwerpen Methods and systems for material characterization
WO2012174040A1 (en) 2011-06-17 2012-12-20 University Of North Texas Direct graphene growth on mgo (111) by physical vapor deposition: interfacial chemistry and band gap formation
KR20140093944A (ko) * 2011-10-07 2014-07-29 퍼듀 리서치 파운데이션 그래핀의 신속 합성 및 그래핀 구조의 형성
KR101946007B1 (ko) * 2012-06-20 2019-02-08 삼성전자주식회사 그래핀 및 그래핀 바운더리 분석 장치 및 분석 방법
WO2014033532A2 (en) * 2012-07-06 2014-03-06 The Regents Of The University Of California Centimeter-scale high resolution metrology of entire cvd grown graphene sheets
WO2015152483A1 (ko) * 2014-04-02 2015-10-08 한국세라믹기술원 그래핀 레퍼런스 도출 방법, 이를 이용한 나노박막 분석 방법, x선 분석 장치 및 극 미세 두께를 갖는 그래핀에 대한 x선 분석방법
US9594035B2 (en) * 2014-04-25 2017-03-14 Revera, Incorporated Silicon germanium thickness and composition determination using combined XPS and XRF technologies
US10012606B1 (en) * 2014-06-24 2018-07-03 Kla-Tencor Corporation X-ray based metrology with primary and secondary illumination sources
CN108475617B (zh) * 2015-11-02 2023-02-28 诺威量测设备公司 用于薄层的非破坏性测量的方法与系统
KR102313052B1 (ko) * 2016-02-02 2021-10-15 버세리엔 피엘씨 그래핀 기반 박막 적층체의 제조방법 및 상기 그래핀 기반 박막 적층체
EP3423813B1 (en) * 2016-03-04 2022-03-02 VG Systems Limited Xps and raman sample analysis system and method
JP6860463B2 (ja) * 2017-10-03 2021-04-14 国立大学法人東海国立大学機構 繊維配向度の測定方法、繊維配向度測定装置、および繊維配向度測定装置の制御プログラム
US11180373B2 (en) 2017-11-29 2021-11-23 Samsung Electronics Co., Ltd. Nanocrystalline graphene and method of forming nanocrystalline graphene
KR102167172B1 (ko) * 2020-02-05 2020-10-19 한국지질자원연구원 실리콘-탄소-그래핀 복합체 및 제조방법, 및 이를 이용한 리튬이온 이차전지

Also Published As

Publication number Publication date
US11906291B2 (en) 2024-02-20
EP3916348A1 (en) 2021-12-01
EP3916348B1 (en) 2024-03-20
US20240151522A1 (en) 2024-05-09
JP2021187734A (ja) 2021-12-13
US20210372786A1 (en) 2021-12-02
CN113725107A (zh) 2021-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wen et al. Dielectric properties of ultrathin CaF2 ionic crystals
Coppa et al. Structural, microstructural, and electrical properties of gold films and Schottky contacts on remote plasma-cleaned, n-type ZnO {0001} surfaces
Yang et al. Thermal conductivity of individual silicon nanoribbons
Langereis et al. In situ spectroscopic ellipsometry as a versatile tool for studying atomic layer deposition
Melitz et al. Scanning tunneling spectroscopy and Kelvin probe force microscopy investigation of Fermi energy level pinning mechanism on InAs and InGaAs clean surfaces
El Kazzi et al. MoS2 synthesis by gas source MBE for transition metal dichalcogenides integration on large scale substrates
Conti et al. Band offsets in complex-oxide thin films and heterostructures of SrTiO3/LaNiO3 and SrTiO3/GdTiO3 by soft and hard X-ray photoelectron spectroscopy
Gibbon et al. Band alignments at Ga2O3 heterojunction interfaces with Si and Ge
Österlund et al. Atomic layer deposition of AlN using atomic layer annealing—Towards high-quality AlN on vertical sidewalls
Kim et al. Metallic contact induced van der Waals gap in a MoS 2 FET
Dozsa et al. Formation and characterization of semiconductor Ca2Si layers prepared on p-type silicon covered by an amorphous silicon cap
Takabayashi et al. Qualitative analysis of a diamondlike carbon film by angle-resolved x-ray photoelectron spectroscopy
Perego et al. Energy band alignment of HfO2 on Ge
King et al. Valence and conduction band offsets at amorphous hexagonal boron nitride interfaces with silicon network dielectrics
Chapman et al. Focused electron beam deposited silicon dioxide derivatives for nano-electronic applications
Liu et al. Growth and properties of silicon nitride films prepared by low pressure chemical vapor deposition using trichlorosilane and ammonia
KR20210146164A (ko) 엑스선 광전자 분광법을 이용한 그래핀층의 두께 계산방법 및 실리콘 카바이드의 함량 측정 방법
Kamineni et al. Thickness Measurement of Thin‐metal Films by Optical Metrology
Nakajima et al. Strain profiling of HfO 2/Si (001) interface with high-resolution Rutherford backscattering spectroscopy
Flöhr et al. Scanning tunneling microscopy with InAs nanowire tips
Kolesov et al. The effect of atmospheric doping on pressure-dependent Raman scattering in supported graphene
Zou et al. An all-diamond X-ray position and flux monitor using nitrogen-incorporated ultra-nanocrystalline diamond contacts
Strohmeier Evaluation of polymeric standard reference materials for monitoring the performance of X-ray photoelectron spectrometers
Gruschwitz et al. Epitaxial graphene on 6 H–SiC (0001): Defects in SiC investigated by STEM
Paquette et al. Band offsets at amorphous hydrogenated boron nitride/high-k oxide interfaces from x-ray photoelectron spectroscopy with charging effects analysis

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20200526

PG1501 Laying open of application
E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20250331

Patent event code: PE09021S01D