우선배향방향을 갖는 박막을 만들기 위한 조건을 알아보고 TiN 박막의 우선성장방향을 분석하기 위한 가장 좋은 XRD분석법을 설계하시오.

목차

1. 서론

2. 이론적 배경
가. XRD
나. Ion Sputtering
다. 에너지와 TiN의 우선성장방향과의 관계

3. TiN 박막 증착 실험 방법

4. XRD 분석방법
가. 선정이유
나. Peak에서의
다. ASF
라. 구조인자
마. 박막의 두께와 B의 관계

5. 실험 결과

6. 토의

본문내용

두께와 B의 관계
---①
---②
①-②
nearly equal to
우리의 실험에서 TiN 박막의 두께는 580nm로써 이에 따른 B의 값은 다음과 같다.
TiN
rad()
degree()
35.3(111)
2.788
0.0160
40.99(200)
2.836
0.0162
59.36(220)
2.922
0.0167
74.667(222)
3.338
0.0191
5. 실험 결과
원자 당 이온에너지의 감소는 strain energy에 큰 변화를 일으키게 한다. 즉 TiN박막의 우선성장방향을 변화시킨다. 따라서 N2 gas가 적을 때는 (111)면으로 성장하다가 N2 gas의 양이 증가함에 따라 (100)면으로 증가하게 될 것이다.
그래프를 보면 TiN (111) peak은 35.3 (200)peak은 40.99에서 나타난다. Si peak은
FWHM은 TiN (111) peak에서 0.015 이기 때문에 Si peak과 겹치지 않는다.
N2가스가 늘어날수록 TiN 의 우선성장방향이 (111)에서 (200)으로 변하는 것을 볼 수 있다. N2 gas partial pressure가 증가하게 되면 ion에 주어지는 energy는 감소하게 된다. 따라서 gas의 총 압력은 고정시킨 채 N2 gas pressure를 증가시키게 되면 원자당 이온에너지는 감소하게 된다. 원자당 이온에너지의 감소는 strain energy에 큰 변화를 일으키게 한다. 즉 TiN박막의 우선성장방향을 변화시킨다. 따라서 N2 gas의 양이 적을 때는 (111)면으로 성장하다가 N2 gas의 양이 증가함에 따라 (100)면으로 증가하게 된다.
0.42Pa의 그래프에서 보듯이 TiN (111)peak의 절대강도는 TiN(200)의 절대강도의 약 1/10이다.
하지만 구조인자에 대한 영향 때문에 같은 양의 성장방향인 면이 있다면 (200)peak이 (100)peak보다 2배 이상 많이 나타난다. 따라서 0.42Pa의 그래프에서 (200)으로 성장한 면의 실질적인 양은 (111)면의 5배정도라 생각된다. 또한 TiN과 비교해서 상대강도가 작은 Si(004)peak의 절대강도가 매우 큰 것으로 보아 대부분 시편의 정보가 나왔음을 알 수 있다.
6. 토의
우선성장방향을 분석하기 위한 XRD기법으로는 scan뿐만 아니라 scan의 pole figure법, Rocking curve 도 있다. 본 실험에서는 scan을 사용하는데 이 방법으로 분석 시 박막뿐만 아니라 기판까지의 정보까지 나오게 된다는 단점이 있다. 하지만 사용된 기판이 (100) Si 기판이기 때문에 어느 지점에서 peak이 나올지 알고 있기 때문에 사용할 수 있다. 따라서 기판인 Si의 peak들을 배제하기 위해 사용 x선의 선택이 중요하였는데, 모든 것을 고려했을 때 Cu K가 x선으로써 적당하였다. 가장 보편적인 방법인 scan으로도 분석이 가능하였기 때문에 다른 분석법인 pole figure, Rocking curve를 이용한 분석방안도 좋으나 우리 실험에서는 사용하지 않는다.
XRD분석 중에 다중도인자와 Lorentz-polarization인자에 대한 고려는 하지 않았다. 그 이유는 TiN박막은 불규칙적인 배향성을 갖지 않기 때문이다. 다시말해 TiN박막은 주로 (100) 또는 (111) 면으로 성장하기 때문에 다중도인자에 큰 영향을 받지 않는다.
설계과제로 주어진 TiN 박막은 현재 절삭, 연마 도구 등의 코팅에 많이 쓰이고 있으며, 높은 강도와 내열성, 무독성, 환경 친화적인 재료로 많은 분야에 응용되고 있다. 또한 열전도성 및 전기적 성질을 응용한 새로운 재료로써 기대가 커 많은 연구가 이루어지고 있다. 하지만 공정조건의 변화에 따른 우선성장방향의 변화는 응용에 많은 어려움을 주고 있다. ion beam을 이용한 박막 증착을 통해 TiN를 응용하기 위해서는 많은 공정변수의 적정치를 알아내는 것이 필요하다고 생각된다. 또한 이를 위해 간편하고 쉽지만 정확하게 측정할 수 있는 XRD분석법이 알려져야 한다.
우선배향방향을 갖는 박막을 만들기 위한 조건을 알아보고 TiN 박막의 우선성장방향을 분석하기 위한 가장 좋은 XRD분석법을 설계하시오.
1. 서론
2. 이론적 배경
가. XRD
나. Ion Sputtering
다. 에너지와 TiN의 우선성장방향과의 관계
3. TiN 박막 증착 실험 방법
4. XRD 분석방법
가. 선정이유
나. Peak에서의
다. ASF
라. 구조인자
마. 박막의 두께와 B의 관계
5. 실험 결과
6. 토의

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