| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2004년 봄 (05/14 ~ 05/14, 강릉대학교) |
| 권호 | 10권 1호 |
| 발표분야 | 기타 |
| 제목 | SrTiO3(111) 기판 표면 termination에 미치는 화학에칭과 소둔시간의 영향 |
| 초록 | (111)면을 가진 SrTiO3 기판은 SrO3(4-)와 Ti(4+)의 두 층으로 이루어져 있어 하나의 표면 termination은 높은 극성과 화학적 반응성을 가지게 되어, 광촉매나 모든 종류의 에피택시 박막의 성장에 중요한 역할을 한다. 또한 에피택시 박막의 결정성을 향상시키기 위해 기판의 화학적 termination은 중요하다. 그러나 SrTiO3 (111) 기판의 경우, 높은 극성으로 인해 표면의 재구성(reconstruction)이 일어나기 쉽고, step terrace 구조를 만드는 것이 용이하지 않다. 촤근에 T. D. Doan et. al.[1]이 HCl과 HNO3을 이용한 화학 에칭과 높은 온도에서 소둔하여 (111) terrace 구조를 얻었으나, 화학 에칭과 소둔의 영향에 대한 고찰이 미비하였다. 또한 소둔 방법과 화학 에칭의 변화에 따라 민감하게 변화하므로 처리 조건에 대한 엄격한 기술이 필요하다. 본 실험에서는 화학 에칭과 소둔 시간을 정확히 조절하고, 표면 termination에 미치는 영향을 고찰하고자 한다. Acetone과 ethanol 용액에 각각 5분간 ultrasonic을 실시한 후, CMOS grade HCl과 HNO3를 3:1로 혼합한 용액에서 4분간 표면 에칭하였다. Tube furnace에서 heating rate를 5도/분으로 850도까지 올린 후, 산소를 1기압으로 흘려주며, 소둔 시간을 15분 간격으로 1시간까지 변화시켰다. Cooling rate도 동일하게 5도/분을 유지하였다. AFM(Digital instruments)으로 SrTiO3 (111)의 표면 구조 변화를 분석하였고, ESCA로 각 표면의 화학 성분 변화를 분석하였다. 또한 FE-TEM(JEM-2010F)의 명시야상(BF)과 선택영역회절(SADP)을 이용하여, terrace와 dent에 대한 방위 관계 및 구조를 분석하였다. Acetone과 ethanol을 통한 as-cleaned 시편은 0.789nm에 해당하는 높은 표면 조도와 표면에서 생성된 것으로 보이는 언덕(hill) 구조가 관찰되었다. 화학 에칭후에는 T. D. Doan의 결과와는 달리 triangular dent 구조가 관찰되었는데, 이는 S. Sekiguchi[2]의 연구에서 1000도에서 오랜 시간 소둔한 결과와 유사하다. 표면 조도는 2.109nm로 상당히 증가되었고, dent의 모서리는 모든 dent가 동일한 방향성을 가지고 있었다. Dent의 모서리 간격은 120~220nm의 크기를 가지고 있었다. 850도에서 30분간 소둔한 시편의 경우, 표면 조도는 0.126nm으로 급격히 감소하였고, terrace 구조는 관찰되지 않았으나, 고지 너비가 500nm인 일정 방향의 계곡 구조가 관찰되었다. 반면 45분간 소둔한 시편은 잘 형성된 같은 방향성을 가진 terrace 구조를 나타내었다. 표면 조도도 0.106으로 향상되었고. 경사각은 0.2도 내외로 매우 작으며, terrace width는 100~220nm로 관찰되었는데 이는 초기 dent의 간격과 유사하였다. 그러나 60분으로 증가하면, 표면 조도는 0.091nm로 향상되었으나, step terrace가 damping되어 30분 시편과 유사한 고지 간격이 1000nm정도인 계곡 구조가 나타났다. 이러한 계곡 구조는 표면 확산에 의해 terrace들이 표면 에너지를 줄이기 위해 뭉쳐져서 생성된 것으로 사료된다. Dent와 terrace 구조에 대한 방위 및 구조 분석을 TEM의 BF와 SADP을 이용하여 분석하고, ESCA를 통해 각 시편의 표면의 지배적인 화학 조성에 대하여 분석하여, 화학 에칭 및 소둔에 의한 표면 구조 변화 기구를 고찰할 예정이다. 참고문헌 [1] T. D. Doan, J. L. Giocondi, G. S. Rohrer and P. A. Salvador, J. Crys. Growth, Vol. 225, pp. 178-182 (2001) [2] S. sekiguchi, M. Fujimoto, M. G. Kang, S. Koizumi, S. B. Cho and J. Tanaka, Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 37, pp. 4140-4143 (1998) |
| 저자 | 이용석, 서주형, 박찬경 |
| 소속 | 포항공과대 |
| 키워드 | SrTiO3; Chemical etching; Annealing time; Surface termination |
