X선 광전자 분광법을 이용한 질소도핑된 TiO2 박막의 질소 함량 분포 분석기술 연구

Abstract

반도체 소재의 다양화, 구조의 미세화 및 복잡화로 인해 표면 및 계면 그리고 시료 전체의 물리화학적 정보가 중요하게 되었고 이를 알기 위해서 깊이분포도 분석기술이 필수적이다. 깊이분포도 분석을 위해서 기존에는 단원자 이온빔을 이용하여 박막을 깍아 가면서 조성분석을 주로 해왔는데, 이 단원자 이온빔은 특히 산화막 산소의 선택적 식각 현상이나 불균일하게 표면이 깍여나가는 현상과 같은 문제가 있어서 조성분석에 있어서 실제조성과 깊이분포를 제대로 분석하지 못하는 문제가 있어왔다. 그런데 최근에는 에너지가 낮은 클러스터 이온빔이 개발되어 시료 조성에 영향을 최소화 하면서 깊이에 따른 조성분석을 할 수 있는 방법이 개발되고 있다. 이에 본 연구에서는 원자층 증착법으로 제작된 TiO2 박막을 이용하여 클러스터 이온빔의 에너지에 따른 산소의 선택적 식각 현상을 비교하였고, 식각 속도 변화를 알아보았다. 실험 결과 금속 산화물 박막의 깊이분포도 분석을 위한 최적의 클러스터 이온빔의 조건을 확인하였다. 광촉매 물질인 TiO2는 밴드갭이 넓은 물질로 UV영역에서의 빛을 흡수할 수 있기 때문에 질소도핑으로 밴드갭을 줄여 가시광 영역의 빛을 흡수하고, 광촉매 효율을 높이려는 노력이 이루어지고 있다. 질소결합구조에는 Interstitial(Ni)과 Substitutional(Ns)의 두 종류가 있는데, 광촉매 효율을 높이는데 있어 질소의 결합구조와 분포가 크게 영향을 주기 때문에 질소 도핑 방법에 따라 어떤 질소 결합 구조가 형성되는지를 규명하는게 중요하다. 본 연구에서는 열처리 방법과 플라즈마 방법을 이용하여 질소도핑 하였고, 이 때 생성된 N-doped TiO2 박막내의 질소의 결합 구조와 분포의 변화 및 깊이에 따른 함량을 저에너지 클러스터 이온빔으로 식각하며 X선 광전자 분광법을 이용하여 분석하였다.