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BCl<sub>3</sub> 평판형 유도결합 플라즈마를 이용한 GaAs 건식식각
임완태,백인규,정필구,이제원,조관식,이주인,조국산,Lim, Wan-tea,Baek, In-kyoo,Jung, Pil-gu,Lee, Je-won,Cho, Guan-Sik,Lee, Joo-In,Cho, Kuk-San,Pearton, S.J. 한국재료학회 2003 한국재료학회지 Vol.13 No.4
We studied BCl$_3$ dry etching of GaAs in a planar inductively coupled plasma system. The investigated process parameters were planar ICP source power, chamber pressure, RIE chuck power and gas flow rate. The ICP source power was varied from 0 to 500 W. Chamber pressure, RIE chuck power and gas flow rate were controlled from 5 to 15 mTorr, 0 to 150 W and 10 to 40 sccm, respectively. We found that a process condition at 20 sccm $BCl_3$ 300 W ICP, 100 W RIE and 7.5 mTorr chamber pressure gave an excellent etch result. The etched GaAs feature depicted extremely smooth surface (RMS roughness < 1 nm), vertical sidewall, relatively fast etch rate (> $3000\AA$/min) and good selectivity to a photoresist (> 3 : 1). XPS study indicated a very clean surface of the material after dry etching of GaAs. We also noticed that our planar ICP source was successfully ignited both with and without RIE chuck power, which was generally not the case with a typical cylindrical ICP source, where assistance of RIE chuck power was required for turning on a plasma and maintaining it. It demonstrated that the planar ICP source could be a very versatile tool for advanced dry etching of damage-sensitive compound semiconductors.
BCl$_3$ 기반 가스를 이용한 GaAs의 고밀도 평판형 유도결합 플라즈마 식각
임완태,백인규,유승열,이제원,조관식,전민현,S.J. Pearton 한국표면공학회 2003 한국표면공학회지 Vol.36 No.5
평판형 유도결합 플라즈마 식각장비(inductively coupled plasma etcher)를 이용하여 각종 공정조건들에 따른 GaAs의 식각특성을 연구하였다. 공정변수들은 ICP 소스파워(0-500 W), RIE 척파워(0-150 W), 가스 종류($BCl_3$, $BCl_3$/Ar, $BCl_3$/Ne) 및 가스혼합비였다. $BCl_3$ 가스만을 이용하여 GaAs를 식각한 경우보다 25%의 Ar이나 Ne같은 불활성 기체를 혼합한 $15BCl_3$/5Ar, $15BCl_3$/5Ne 가스를 이용한 경우의 식각률이 더 우수한 것을 확인하였다. 그리고 50% 이하의 Ar이 혼합된 $BCl_3$/Ar의 경우는 높은 식각률 (>4,000 $\AA$/min)과 평탄한 표면(RMS roughness : <2 nm)을 얻을 수 있었지만 지나친 양(>50%)의 Ar의 혼합은 오히려 표면을 거칠게 하거나 식각률을 떨어뜨리는 결과를 가져왔다. 그리고 20 sccm $BCl_3$, 100 W RIE 척파워, 300 W ICP 소스파워, 공정압력이 7.5 mTorr인 조건에서의 GaAs의 식각결과는 아주 우수한 특성(식각률: ∼ 4,000, $\AA$/min, 우수한 수직측벽도: >$87^{\circ}$, 평탄한 표면: RMS roughness : ∼0.6 nm)을 나타내었다.
Fe-ferrite 자성나노입자 수용액에서 나노입자의 농도에 따른 양성자(수소 핵) 이완시간의 변화
임완태,이일수,홍성욱 한국물리학회 2005 새물리 Vol.51 No.5
The Fe-ferrite(Fe$_3$O$_4$) nanoparticles were synthesized by using a co-precipitation method with a solution of NH$_4$OH or TMAOH as a catalyst. The average size of the nanoparticles was determined to be about 5.1 nm by using the method of dynamic light scattering. The super-paramagnetic behavior of these nanoparticles was checked by using the hysterisis curve. The concentration dependence of the relaxation times of the hydrogen proton in an aqueous solution of nanoparticles was studied using a nuclear magnetic resonance spectrometer. Both the T$_1$(spin-lattice relaxation time) and T$_2$ (spin-spin relaxation time)relaxation times were found to be directly proportional to the concentration of the nanoparticles in the aqueous solution. Fe-ferrite (Fe$_3$O$_4$) 나노입자를 공침법으로 NH$_4$OH와 TMAOH를 각각 촉매로 이용하여 10 nm이하의 균일한 크기로 형성시켰다. TMAOH로 형성시킨 나노입자들은 NH$_4$OH로 형성시킨 나노입자들에 비해 크기도 더 균일하게 형성되었고, 엉김 현상도 없이 콜로이드 상태를 지속적으로 유지하였다. 이 나노입자들을 VSM을 이용하여 자기적 특성을 측정하니 bulk ferrite와는 달리 초상자성의 성질을 가지는 것을 확인할 수 있었다. 또한 400 MHz NMR을 이용하여 나노입자의 농도를 바꾸어 가면서 나노입자 수용액속의 양성자 (수소 핵)의 자기이완시간 T$_1$ (스핀-격자이완시간), T$_2$ (스핀-스핀 이완시간)를 각각 Inversion Recovery, CPMG방법을 이용하여 측정하였다. 각각의 이완율 (1/T$_1$, 1/T$_2$)은 나노입자의 농도에 따라 선형적으로 비례하였다. 이 결과로부터 ferrite 나노입자 수용액속의 양성자의 이완시간은 나노입자의 농도와 직접적인 연관이 있음을 명확히 알 수 있었다.
BCl<sub>3</sub>및 BCl<sub>3</sub>/Ar 고밀도 유도결합 플라즈마를 이용한 GaAs와 AlGaS 반도체 소자의 건식식각
임완태,백인규,이제원,조관식,전민현,Lim, Wan-tae,Baek, In-kyoo,Lee, Je-won,Cho, Guan-Sik,Jeon, Min-hyun 한국재료학회 2003 한국재료학회지 Vol.13 No.10
We investigated dry etching of GaAs and AiGaAs in a high density planar inductively coupled plasma system with BCl$_3$and BCl$_3$/Ar gas chemistry. A detailed etch process study of GaAs and ALGaAs was peformed as functions of ICP source power, RIE chuck power and mixing ratio of $BCl_3$ and Ar. Chamber process pressure was fixed at 7.5 mTorr in this study. The ICP source power and RIE chuck power were varied from 0 to 500 W and from 0 to 150 W, respectively. GaAs etch rate increased with the increase of ICP source power and RIE chuck power. It was also found that etch rates of GaAs in $15BCi_3$/5Ar plasmas were relatively high with applied RIE chuck power compared to pure 20 sccm $BCl_3$plasmas. The result was the same as AlGaAs. We expect that high ion-assisted effect in $BCl_3$/Ar plasma increased etch rates of both materials. The GaAs and AlGaAs features etched at 20 sccm $BCl_3$and $15BCl_3$/5Ar with 300 W ICP source power, 100 W RIE chuck power and 7.5 mTorr showed very smooth surfaces(RMS roughness < 2 nm) and excellent sidewall. XPS study on the surfaces of processed GaAs also proved extremely clean surfaces of the materials after dry etching.
농업용 트랙터 에너지 소비효율 등급에 따른 경제성 분석
임완태 ( Wan-tae Im ),신창섭 ( Chang-seop Shin ) 한국농업기계학회 2023 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.28 No.2
최근 급변하는 환경 상황과 기후 변화, 그리고 지속 가능한 발전의 필요성을 감안할 때, 트랙터의 효율적인 에너지 소비는 환경 보호의 관점에서만이 아니라, 농작업의 비용 절감 및 농업의 경제적 지속 가능성을 위해서도 매우 중요하다. 본 연구는 총 111대의 트랙터 모델을 대상으로 농업용 트랙터의 에너지 소비효율에 따른 등급화와 그에 기반한 경제적 분석을 진행하였다. 트랙터들은 연료소비량에 기반하여 5개의 등급으로 등급화하였으며, 각 등급의 상한선을 활용하여 에너지 소비효율 개선율을 정량적으로 도출하였다. 본 연구에서는 두 가지 주요 경제성 분석 방법을 적용하였다. 첫 번째 방법은 5등급에서 1등급으로 등급이 향상될 경우의 연료 절감 효과를, 두 번째 방법은 1등급만큼의 향상이 있을 경우의 절감 효과를 중점적으로 분석하였다. 본 분석을 통해, 1등급 향상 시 2020년도 100마력 이상의 트랙터 기준으로 약 4,775,000,000원의 절감을, 5등급에서 1등급으로의 전체 향상 시에는 약 19,099,190,000원의 절감이 될 것으로 예측되었다. 또한, 5등급에서 1등급으로의 등급 향상은 2016년부터 2020년까지의 기간 동안 트랙터 전체에 대해 총 283,622kL의 면세 경유 절감 효과를 가져올 수 있음을 예측하였다. 최종적으로, Shin and Kim (2012)의 연구에서 진행한 2006년부터 2010년까지의 트랙터 등급화 모델과 비교 분석을 통해 2016년부터 2020년까지의 등급화 모델의 에너지 소비효율이 더욱 우수함을 확인하였다. 이러한 비교를 통해, 최근 등급 모델에 해당하는 등급화 모델에서의 에너지 소비효율이 더욱 향상된 것으로 나타났다. 이를 통해, 트랙터의 에너지 효율 향상을 위한 연구와 개발이 지속되어왔던 것으로 판단된다.
150 mm GaAs 웨이퍼의 플라즈마 식각에서 식각 깊이의 균일도에 대한 가스 흐름의 최적화 연구
정필구,임완태,조관식,전민현,임재영,이제원,조국산 한국진공학회 2002 Applied Science and Convergence Technology Vol.11 No.2
대면적 GaAs 웨이퍼의 플라즈마 식각 공정에서 식각 깊이의 좋은 균일도를 얻기 위해 반응기 내의 가스 흐름을 조절하는 진보된 기술을 실험하였다. 유한차분수치법(Finite Difference Numerical Method)은 GaAs 웨이퍼의 건식 식각을 위한 반응기 안의 가스 흐름의 분포를 시뮬레이션하기에 유용한 방법이다. 이 방법을 이용해 시뮬레이션된 자료와 실제의 것이 상당히 일치한다는 것이 $BCl_3/N_2/SF_6/He$ICP플라즈마의 실험 결과로 확인되었다. 대면적 GaAs 웨이퍼의 플라즈마 식각 공정 중에서 포커스 링(focus ring)의 최적화된 위치가 가스 흐름과 식각 균일성을 동시에 향상시키는 것을 이해했다. 반응기와 전극(electrode)의 크기가 변하지 않는 상황에서 샘플을 고정시키는 클램프 배치의 최적화를 통해 100 mm(4 inch) GaAs 웨이퍼에서 가스 흐름의 균일성을 $\pm$1.5 %, 150 mm(6 inch) 웨이퍼에서는 $\pm$3% 이하로 유지시킬 수 있는 것을 시뮬레이션결과에서 확인할 수 있다. 시뮬레이션된 가스 흐름의 균일도 자료와 실제 식각 깊이 분포실험 데이터의 비교로 대면적 GaAs 웨이퍼에서 건식 식각의 뛰어난 균일성을 얻기 위해서는 반응기 내의 가스흐름분포의 조절이 매우 중요함을 확인하였다. We developed engineering methods to control gas flow in a plasma reactor in order to achieve good etch depth uniformity for large area GaAs etching. Finite difference numerical method was found quite useful for simulation of gas flow distribution in the reactor for dry etching of GaAs. The experimental results in $BCl_3/N_2/SF_6/He$ ICP plasmas confirmed that the simulated data fitted very well with real data. It is noticed that a focus ring could help improve both gas flow and etch uniformity for 150 mm diameter GaAs plasma etch processing. The simulation results showed that optimization of clamp configuration could decrease gas flow uniformity as low as $\pm$ 1.5% on an 100 mm(4 inch) GaAs wafer and $\pm$ 3% for a 150 m(6 inch) wafer with the fixed reactor and electrode, respectively. Comparison between simulated gas flow uniformity and real etch depth distribution data concluded that control of gas flow distribution in the chamber would be significantly important in order or achieve excellent dry etch uniformity of large area GaAs wafers.