스퍼터링 보고서

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목차

1.실험목적
2.기초이론 및 원리
3.준비 기구 및 장치
4.실험과정
5.실험결과
6.토의 및 고찰
7.인용 및 참고문헌

본문내용

ode에 부착된 부도체 표면에 주기적으로 양전위를 가해주게 되어 표면에 쌓이는 이온을 떨어뜨리게 된다. 요즘 DC를 이용하여 SiO2 등의 부도체를 Sputtering하는데 이것은 주기적으로 Target에 양전위를 공급해줌으로써 가능해졌다.
3) Plasma 원리
-기체 입자, 즉 기체분자나 원자에 에너지가 가해지면 최외각 전자가 궤도를 이탈함으로써 자유전자가 되어 양전하를 띄게 되며 분자 혹은 원자와 음전하를 갖는 전자가 생성된다. 이러한 양전하의 이온과 전자들이 다수가 모여 전체적으로 전기적인 중성을 갖으며 이렇게 구성된 입자들의 상호작용에 의해서 독특한 빛을 방출하며 입자들의 활발한 운동 때문에 높은 반응성을 갖게 되는데 이러한 상태를 흔히 이온화한 기체 또는 플라즈마라고 부른다.
-플라즈마의 생성 / 구조와 그에 따른 성질
반발
이온화
여기와 반발
- 가장 위쪽의 그림에서 전자는 약한 운동에너지를 갖고 있으며 이 에너지로는 원자 혹은 분자에 충돌해도 아무런 변화가 없게 된다.(반발) 하지만 두 번째 그림과 같이 가속된 자유전자는 원자와 충돌하여 최외각 전자를 튕겨 보냄으로써 이온을 만들고 또 하나의 자유전자를 만들게 된다.(이온화) 한편 세 번째 그림과 같이 자유전자나 또는 이온이 다른 원자의 이온화에는 충분하지 않지만 충돌된 원자에 에너지를 공급하여 최외각 전자를 여기 시키게 된다. 이 여기된 전자는 다시 안정한 궤도로 돌아오면서 고유의 에너지 간격에 해당하는 빛에너지를 발산하게 된다.
또하나 대표적인 플라즈마 발생기구로는 Penning ionization과 Penning exicitation이 있는데 이것은 불활성 기체가 포함된 경우 안정 상태의 원자나 준안정 원자들과 충돌해 여기나 이온화가 일어나는 경우이다.
(ionization)
(excitation)
위의 여러 가지 현상을 보면 플라즈마가 생성되기 위해서 충돌하는 입자는 임계치 이상의 가속이 필요하며 또 실제로 플라즈마가 유지되기 위해서는 적당한 충돌 횟수가 보장되어야만 한다. 따라서 압력(압력이 높으면 충돌할 수 있는 입자의 수도 많음을 의미한다.)과 외부에서 인가하는 전압(전자를 가속시키는 일을 한다.)이 중요한 공정변수가 된다. 하지만 너무 높은 압력은 충돌사이에 평균적으로 이동하는 거리(mean free path)를 짧게 하므로 충분한 에너지를 가지도록 가속되지 못하므로 이온화를 방해하는 결과를 초래한다.
4)진공(Vacuum)
-실제로 진공은 단지 부분적으로 비어있는 공간을 의미
-대기압 이하의 Gas로 채워진 공간을 말한다.
-즉 2.5X10^19molecular/cm^3이하의 분자 밀도를 가지는 공간
압력 영역
기압
rough vacuum
대기압~1torr
fine vacuum
1~10^-3 torr
high vacuum
10^-3~10^-7torr
ultra high vacuum
10^-7~10^-10torr
extreme high vacuum
10^-10torr 이하
※왜 fine vacuum에서 증착을 할까?
-초고진공 상태에서는 이물질이 더 적으며 순수한 진공이 되지만 플라즈마가 발생하기 위한 Ar과 같은 불활성 가스가 부족해 플라즈마 생성이 원활하지 못하게 된다. 즉, 고 진공시 Chamber 내에 Ar 기체가 더 많이 없어지기 때문에 fine vacuum 정도의 압력이 적당하다.
fine vacuum으로 증착할 경우 high vacuum으로 증착했을시 보다 증착률이 더 높고 기체가 활발하게 반응하게 된다.
5)TCO의 구성과 FTO물질
TCO
-빛의 투과성이 높으면서 전기가 통하는 성질을 가지는 얇은 박막
-가시광선 영역의 빛을 투과시켜 사람의 눈에 투명하게 보이는 동시에 전기전도도가 좋은 물리적 특성을 나타내는 재료
TCO의 구성
구분
금속 박막
산화물 박막
특징
안정하지 못하고 시간에 따라 변함
안정성과 내마모성이 우수
종류
Au, Ag, Cu, Re, Al, Fe, Ni 등
In2O3, ZnO, SnO2 등
FTO (F-doped SnO2)
염료 감응형 태양전지에서 수십 마이크로미터 두께의 나노입자 산화물 전극을 투명 전도성 기판에 만들기 위해서는 고분자를 포함하는 슬러리 코팅을 500℃정도에서 열처리하여야하므로 염료감응 태양전지용 투명전도성 기판은 온도 안정성을 고려하여 선택해야한다. 염료감응형 태양전지에 범용적으로 사용되는 투명전도성 물질은 F-doped SnO2 (FTO)이다.
6)DSSC에서 TiO2가 하는 역할
-DSSC는 TiO2 나노 입자 전극 표면에 부착된 광활성 염료가 태양광을 받아 전자를 생성하면서 작동을 시작한다. 생성된 전자는 TiO2 나노입자를 징검다리 삼아 이동하게 되고 전도성 유리 기판에 이르고 ,전선을 따라 외부 연결단자로 흐르면서 전기를 생산하다. 전자는 반대편 전도성 유리 기판 표면에 형성된 백금막에 도달해 두 전도성 유리 기판 사이에 들어 있는 전해질로 전달된다.
3. 준비 기구 및 장치
ㅡTiO2, 진공 스퍼터링 장치, 초음파 세척기, 저항기, 시편세척도구 (비이커, 집게, 아세톤, 에탄올, 증류수 등), 페트리 디시, 진공테이프 등
4. 실험 과정
①글라스세척용 세제를 이용하여 FTO물질이 한면에 코팅된 유리기판의 양쪽면을 세척한다. ②세척된 유리기판을 아세톤에 5분, 에탄올에 5분, DI water 증류수에 5분 씩 담가 초음파 세척기로 세척 한다.
③질소로 글라스에 남아있는 물기를 없애주고 Petri Dish에 놓아둔다.
④유리기판 위에 저항을 측정하여 FTO물질이 코팅된 면을 찾는다.
⑤FTO면이 위로 가게 시편 홀더에 유리기판을 붙여주고 진공 테이프를 이용해 시편을 고정시켜준다.
⑥타겟으로 TiO2를 준비하고 기기의 냉각수를 켠 후 챔버를 열어 시편을 장착한다.
⑦챔버를 닫고 로터리펌프로 중진공 분위기를 만든다. Purging - 5분정도 동안 Ar 40sccm을 넣어줘 안정화시켜주고 다시 배관을 닫아 진공 상태로 만들어준다.
⑧purging 작업으로 상승한 압력을 로터리펌프를 이용해 다시 중진공 상태로 만든다. 그 후 CRYO펌프를 이용해 고진공 상태로 내린다.
⑨pre sputtering - 챔버내의 온도를 200℃로

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