| 초록 |
질화 붕소 (boron nitride, BN) 박막의 기상합성에 있어 수소 첨가의 영향을 살펴보았다. 입방정 질화 붕소(cubic boron nitride, cBN)의 합성은 이온 입자의 충돌과 그에 따른 잔류응력이 중요한 연관성을 가지고 있다. 또한 BN의 한 형태인 cBN의 합성은 기판에 비정질(amorphous) BN막의 형성과 육방정 질화 붕소(hexagonal boron nitride, hBN)막의 형성이 중간층으로 존재함이 현상학적으로 관찰되고 있다. 이때 hBN은 기판에 수직한 방향으로 육각판이 정렬되는 것으로 관찰되었다. 이전 연구에서 김홍석 등은 BN막의 형성에 있어 관찰되는 잔류응력은 증착에 사용되는 Ar 이온이 잘 배열된 hBN의 판상에 혼입되어 발생함을 실험적으로 보였고, 이러한 잔류응역은 hBN의 배열에 의존함을 보였다. 또한 cBN의 합성이 잔류응력에 크게 영향을 받지 않음을 보였다. 이러한 Ar의 혼입은 ion channelling 확률에 의존하게 되는데, 이것은 표면의 구조와 밀접한 관계가 있다. 본 연구에서는 hBN막의 표면의 결합이 수소를 첨가할 경우 sp2에서 sp3로 변화할 수 있음에 착안하여 이때 Ar의 혼입량과 잔류응력의 형성이 어떤 영항을 받는지 조사하였다. hBN 막은 Si(100) 기판에 UBM sputtering system을 이용하여 증착하였다. 증착 기체는 Ar 9 sccm과 N2 1 sccm에 H2 0.5 sccm를 첨가하였고, 증착 압력은 1.3 mTorr로 유지하였다. hBN의 표면형상을 다르게 하기 위하여 기판 바이어스 전압을 -15 V와 -40 V로 하였다. AES 분석을 통해 hBN 박막 위에 수소 원자가 bonding을 형성하였는지를 살펴보았고, RBS 분석을 통해 막 내에 침투한 Ar 원자 양을 살펴보았다. 그 결과 hBN 박막 위에 형성된 수소 원자의 bonding으로 인해 막 내에 침투하는 Ar 원자의 양이 감소하였고, 이는 막의 잔류 압축응력을 감소시키는 것으로 관찰되었다. 따라서 수소의 첨가는 막의 표면을 sp3 형태로 변형시켜 잔류응력의 감소를 유발하게 되나, cBN의 합성을 크게 방해하지 않는다. 이는 cBN의 잔류응력을 크게 감소시킬 수 있는 방법으로 응용이 가능하며 중간층의 안정성에 대한 연구가 보강되면 cBN의 응용 가능성을 한층 높일 것으로 기대된다. |
