일반기술

화학 증착법으로 산화마그네슘 박막을 실리콘 기질 위에 적층 성장시키는 방법

산화마그네슘 단결정은 고온 초전도 물질, 페로브스카이트형 산화물 (강유전성 물질) 등을 박막으로 제조하기 위해 흔히 기질로 이용된다. 그러나 단결정은 크기에 한계가 있고 그 자체로는 실리콘 반도체와 혼성 소자를 만들 수 없기 때문에 실리콘 기질 위에 산화마그네슘을 박막으로 제조하려는 연구가 오랫동안 이루어졌다. 펄스 레이저 침착법 (pulsed laser deposition, PLD)으로는 질이 좋은 산화마그네슘 박막을 제조할 수 있으나 이 또한 값비싼 장비를 써야 하고 기질의 크기에 제한을 받는 점에서 불리하다. 경제적으로 유리한 화학 증착법으로 실리콘 기질 위에 산화마그네슘을 적층 성장시키는 방법은 오래도록 개발되지 못하였으나 본 기술에서는 입방형 탄화규소를 실리콘 (001) 기질 위에 완충층으로 입히고 그 위에 티부틸산메틸마그네슘 (MeMgOtBu, MMTB)을 단일 선구 물질로 사용하여 산화마그네슘 박막을 적층 성장시켰다. 본 기술로 제조한 산화마그네슘 적층 박막은 지금까지 CVD로 제조한 어떠한 박막보다도 질이 좋으며 PLD로 만든 박막과 비교해도 거의 대등하다. 본 기술은 산화마그네슘과 격자 상수가 비슷하고 실리콘 기질 위에 적층 성장시킬 수 있는 입방형 탄화규소를 완충층으로 사용하여 그 위에 산화마그네슘을 적층 성장시키는 점에서 다른 어떠한 산화마그네슘 CVD 방법보다 더 우수하다. 단지 산화마그네슘의 단일 선구 물질로 쓴 MMTB의 물성이 그리 좋지 않기 때문에 다루기에 더 편리한 선구 물질이 필요하다. 다른 선구 물질로 마그네슘의 β-디케톤산염이나 시클로펜타디에닐 화합물을 쓸 수 있으나 이들 화합물로는 산소를 반드시 함께 써야 산화마그네슘을 만들 수 있으므로 공정이 더 복잡해진다. 따라서 새로운 선구 물질이 나와야 하는데 현재 본 기술에서는 마그네슘의 새로운 화합물들을 여러 가지 합성하여 시험해 보고 있으므로 앞으로 더 좋은 선구 물질이 나올 것으로 기대한다. 이 문제만 해결하면 실리콘 (001) 기질 위에 입방형 탄화규소를, 그 위에 산화마그네슘을, 그 위에 페로브스카이트 물질을 계속 적층 성장시킴으로써 실리콘 기질 위에 페로브스카이트 소자를 제조할 수 있을 것이다.