| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2018년 가을 (11/07 ~ 11/09, 여수 디오션리조트) |
| 권호 | 24권 2호 |
| 발표분야 | A. 전자/반도체 재료 분과 |
| 제목 | 화합물 반도체용 갈륨금속의 고순도화 및 특성평가 |
| 초록 | 갈륨 금속은 비소화 갈륨(GaAs)의 주요 원료이며, GaAs의 반도체는 산업에 응용범위가 확대되고 있다. 원료가 되는 갈륨 금속의 순도가 좋을수록 GaAs 반도체의 성능 및 내구성이 좋아지기 때문에 점차 고순도 갈륨 금속이 필요한 실정이며, 8N이상의 고순도 갈륨금속을 분석할 수 있는 분석기술이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 공정 폐기물로부터 Czochralski(CZ) 방법를 이용하여 고순도 갈륨 금속을 제작하였다. CZ장치는 고순도 환경을 위해 400 class 이하의 클린룸에서 가동 하였고, 소스 도가니에는 수산화 나트륨과 미네랄 오일을 이용해서 금속의 산화를 제어하였다. 갈륨은 녹는점이 29.5 ℃로 낮기 때문에 seed 부분을 –10 ℃로 냉각하여 잉곳을 만들었다. 또한 Glow discharge mass spectrometer(GD-MS)를 이용하여, 8N급 고순도 갈륨 금속의 정량분석법을 연구하였다. GD-MS를 이용한 정량분석에서는 relative sensitivity factors(RSF)가 필요한데, RSF를 계산하기 위해서 선택한 CRM은 총 3종류(NIST_1255b, MBH_51XG00H3, MBH_51XG00H4)로 알루미늄 matrix에 갈륨 함유량이 각각 175, 100, 330 ppmw를 함유하고 있다. 알루미늄 matrix CRM을 분석하여 계산된 갈륨의 RSF는 각각 2.65, 2.36, 2.34로, 평균RSF는 2.45이고 relative standard deviation(RSD)는 약 7%로 그 오차가 매우 적은 것으로 나타났다. 이 표준시료를 이용하면 Al, Ga외에도 Mg, Si, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Ag, Cd, Sn, Pb, Bi, 총 17개원소에 대해 정량분석이 가능하며, 갈륨 정량 분석 시에는 갈륨을 RSF=1로 변환하여 정리하고 각 원소에 대해 변환 값을 적용해야 한다. 마지막으로 CZ방법을 이용하여 결정화한 갈륨의 분석에서는 불순물 원소가 Al, Si, Cr, Fe로 4종이 검출되었고, 그 외 원소에 대해서는 모두 검출한계 이하를 나타내었다. GD-MS에서 정량분석은 ion beam ratio(IBR)과 RSF의 곱으로 산출되는데, Al, Si, Cr, Fe의 IBR은 각각 (5.12, 2.84, 3.09, 1.57) ppbw로 나타났으며, 표준시료를 이용하여 계산한 Al, Si, Cr, Fe의 RSF는 0.41, 0.43, 0.58, 0.30로 나타났다. 그러므로 최종 4종 원소에 대한 정량분석값은 (2.10, 1.22, 1.79, 0.47) ppbw로 나타낼수 있으며, 불순물 원소의 총합이 5.58 ppbw로 갈륨의 최종 순도는 약 99.9999994%(8N)로 나타났다. |
| 저자 | 윤재식1, 양재열2, 장민경1 |
| 소속 | 1한국기초과학지원(연), 2충남대 |
| 키워드 | <P>화합물 반도체; GaAs; 고순도화; 갈륨; GD-MS; 정량분석; RSF</P> |
