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Korean Journal of Materials Research, Vol.9, No.3, 234-239, March, 1999
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PECVD에 의한 YSZ (Yttria Stabilized Zirconia) 박막 제조
Synthesis of YSZ Thin Films by PECVD
김기동, 신동근1, 조영아, 전진석, 최동수, 박종진1
  • 한국가스공사 연구개발원
  • 1한양대학교 금속재료공학과
Ki-Dong Kim, Dong-Guen Shin1, Young-Ah Cho, Jin-Seok Jeon, Dongsoo Choi, and Jong-Jin Pak1
  • Korea Gas Corporation, R&D Center, Ansan 425-150, Korea
  • 1Dept. of Metall. & Matl’sEngiπ., Hanyang University, Ansan 425-791, Korea
초록
PECVD (plasma enhanced chemical vapor depostion)을 이용하여 yttria-stabilized zirconia (YSZ) 박막을 제조하였다. 반응물질로 금속유기화합물인 Zr[TMHD]4와 Y[TMHD]3 그리고 산소를 사용하였으며, 증착은도는 425℃, rf power는 0~100W까지 적용하였다. YSZ 박막은 (200) 면이 기판에 평행한 입방정상 구조를 가졌으며, 1시간 내에 1um 두께를 형성하였다. EDX에 의한 막의 성분분석 결과로부터 환산된 박막내의 Y2O3의 함량은 0~36%의 범위였다. 버블러의 온도 및 운반기체의 유량이 증가함에 따라 박막의 두께 역시 비례하여 증가하였는데, 이는 precursor의 flux 증가로 인한 박막내의 Y2O3의 함량증가에 의한 것이었다. Zr 및 Y, O는 박막의 두께에 따라 일정한 조성비를 나타내었다. 운반기체를 Ar로 하였을 때 1000Å 이하의 크기를 갖는 YSZ 입자들이 column 모양으로 기판에 수직하게 성장하였으며, 운반기체가 He인 경우에도 column 모양으로 성장하였으며 입도가 1000~2000Å으로 Ar의 경우 보다 조대해졌다. XRD 분석결과 Y2O3의 함량이 증가함에 따라 YSZ의 격자상수 값이 약간씩 증가하였다. 이는 박막 전반에 걸쳐 형성된 균열에 의해 격자변형으로 인행 발생한 응력을 완화시켰기 때문이다.
Yttria-stabilized zirconia(YSZ) thin films were synthesized by plasma enhanced chemical vapor deposition process. Zr[TMHD]4 Y[TMHD]3 precursors and oxyzen were used with the deposition temperature of 425 ℃ and rf power ranging 0~100 watt. Effects of the deposition parameters were studied by X-ray diffraction and thickness analysis. YSZ thin films have cubic crystal structure with (200) orientation. From the results of EDX analysis, the converted content of Y2O3 was determined to be 0~36%, and the film thickness was increased with bubbling temperature which is considered to be due to increasing Y2O3 flux. The depth profiles of Zr, Y and O appeared relatively constant through film thickness. Columnar grains of 1000~2000Å grew vertical to the substrate surface for the case of Ar carrier gas. In case of He carrier gas, the grain size was observed to be about 1000~2000Å. X-ray diffraction data showed the increase of lattice constant with Y2O3 content. lt was that the presence of the cracks formed during film deposition, partially released the stress generated by the increase of lattice constant.
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