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혼성결정체의 박막구조

전문가 제언: ○ 나노 박막구조는 몇 개의 단결정 박막이 포개져 성장한 적층필름이다. 정공(양공, positive-hole)이 박막필름을 통하여 부분 내지는 전체적으로 드나든다. 필름은 반도체 충전제로 메워져 있으나 필름반도체 재료와는 물리적 성질 즉 결정면의 방향, 조성, 인장응력, 결합상태가 다른 물성을 가지고 있다.

○ 혼성결정체에는 격자부정합이 생긴다. 결정성장 공정에서 전위와 크랙이 발생하여 응력이 다소 완화된다. 격자부정합이 너무 크면 기판에 2차원 다중박막(FM-모드) 성장이 불가능하다. 이때는 단일 층(SK-모드)이나 기판(VW-모드)에 3차원 도상(island)성장을 도입하여 응력을 완화하는 방법이 있다. 헤테로 에피택시 성장에는 이 3가지 성장모드를 이용한다.

○ 박막성장은 진공 중에서 수행한다. 진공에서 돌아다니는 분자는 평탄한 표면에서 서로 모여 도상성장(Volmer-Weber-형)을 한다. 도상성장의 핵이 되는 것은 기판표면에 있어 1개 분자의 흡착과 이 흡착분자의 다음에 날아오는 분자가 순차적으로 부착하여 수십 내지 수백 개의 결정핵을 생성하게 된다.

○ 기판표면에 분자가 자유로이 움직이면서 돌아다니지는 못하고 기판의 종류와 표면온도에 의하여 체재시간 내에 표면 확산거리만큼 이동한다. 표면이 충분히 넓으면 2차원으로 점이 존재하는 핵을 발생한다. 핵의 간격은 분자의 표면 확산거리에 의하여 결정된다. 개개의 결정핵은 결정기판과 일정한 축 방위관계를 가지고 성장한다.

○ 헤테로계면에는 밀착성이 강한 결합을 하고 있다. Si-기판에는 인장응력이, 도상성장 부근에는 압축응력이 작용한다. SiGe의 도상박막에는 압축응력이 작용하며 도상중앙에서 응력이 최고이고 가장자리는 제로이다. 도상성장에 의하여 응력변화가 일어나는 현상을 역학적으로 예지하여 재료의 결함을 감소하고 구조설계에 도움을 주는 특허이다.

저자: Wisconsin Alumni Research Foundation
자료유형: 특허정보