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사파이어 기판에 SiGe 반도체 결정성장

전문가 제언: ○ 박막결정을 필요로 할 때에는 기상에서 결정을 성장하는 기상성장방법을 적용한다. 원료를 어떤 방법으로든지 기체 상태로 석출하여 결정박막을 얻는다. 결정을 석출시키는 데는 기판재료가 필요하다. 기판재료로 단결정을 사용하면 단결정박막이 성장한다. 대개 이러한 성장방법을 에피택시성장(epitaxy growth)이라 한다.

○ 기상성장에는 증발, 응집을 이용한 물리적 방법과 화학반응을 이용해서 박막을 만드는 화학적인 방법이 있다. 전자를 PVD(physical vapor deposition), 후자를 CVD(chemical Vapor deposition)라고 하는데 이 특허에서는 이 범주에 속하는 다양한 방법으로 기판에 반도체 박막을 성장하고 있다.

○ 기상성장에서 가장 중요한 점은 원료의 기화이다. 이 방법에서도 여러 가지 명칭이 부여되어 있다. 원료를 진공 중에서 플라스마를 조사하여 기체로 증발하여 증착시키는 스퍼트(sputter)법이 있다. MBE(molecular beam epitaxy)법은 원자나 분자의 증발 빔을 만들어 기판에 집합시켜 단결정 박막을 형성하는 방법이다.

○ MBE법에 의한 결정성장의 특징은 기판과 동일온도에서 결정을 석출하는 것이 아니고, 0.1~1eV 정도의 열에너지를 가지는 분자가 기판에 입사하여 결정을 성장시키기 때문에 어느 정도 열평형에서 어긋난 상태에서 성장이 일어난다. 따라서 열평형 상태에서는 육성하기 어려운 결정을 제조하는 데 이용한다.

○ 사용한 기판은 사방정계(trigonal) 결정이고 성장한 결정은 사방육면체(rhombohedral) 결정이다. 기판의 결정구조와 성장하는 결정구조는 모두 마름모 결정으로 유사성이 있어 격자부정합(lattice mismatch)이 존재하는 비율이 낮았기 때문에 사방육면체 성장이 가능하였다고 보는 것이 타당할 것이다. 격자정합이 맞으면 원하는 결정성장이 가능하다.

저자: Choi, Sang, H. et al.
자료유형: 특허정보