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>이번에 강유전 박막중 하나인 PZT 박막에 관한 과제를 해야되는데요 >PZT 박막을 만드는 공정법이 현재 어떠한 것들이 있으며 특징 및 장단점을 알고싶습니다. >MEMS, sol-gel(CSD)법 등 이밖에도 어떠한 것들이 있는지 그리고 앞에 나열한 방법포함한 방법을 이용한 공정의 특징및 차이점을 알고싶습니다. > >프리젠테이션을 해야되므로 구할수있는 자료나 사이트등도 추천해 주시면 감사합니다. <답변> 너무나 광범위한 내용에 대해 물어보시니까 한 장 정도의 분량으로는 대답이 되지 않을 것 같군요. 시중에는 이미 많은 박막제조법에 관한 책들이 많이 나와 있답니다. yes24에서 박막이라는 단어로 검색을 해 보셔도 되고 아니면 google.com에서 ferroelectric thin film을 검색하시면 어마어마한 분량의 자료들이 검색됩니다. 이를 읽어 보시는 것도 한 가지 방법입니다. 그리고 국회도서관에 이미 나온 석박사 학위논문을 검색해 보면 거의 대부분의 답을 얻을 수 있답니다. 그럼 간략하게만 말씀을 드리지요. 사실 박막을 제조하는 방법은 재료에 따라 달라집니다. 휘발성이 강하다거나 도전성이라든지 하면 사용에 제한이 따르는 방법들도 있게 됩니다. 대표적으로 많이 사용되는 박막제조법에는 CVD, PVD, DC & AC magnetron sputtering, Sol-gel, laser ablation 등이 있답니다. PZT 박막은 예전에 sol-gel 법으로 연구를 시작했지만 박막의 상태가 좋지 않아서 magnetron sputtering으로 연구가 지금은 많이 이루어지고 있답니다. 그리고 같은 PZT박막이라 하더라도 그 사용법에 따라 성방방법도 달라질 수 있지요. 예를 들어 작은 시료이지만 균질하고 아주 우수한 (이런 것을 에피성장 이라 함)이 필요할 경우에는 laser ablation법이 좋습니다. 하지만 넓은 면적을 필요로 하는 경우에는 sputtering법이나 sol-gel법이 훨씬 더 이롭답니다. 이 두 방법 중 sputtering법이 sol-gel법보다는 또 더 낮지만 더 많은 경비가 들어가지요. 이렇듯이 하고자 하는 목적에 따라 방법을 달리하여 이용할 필요가 있답니다. 물론 처음 그 물질이 개발될 때에는 최적인 조건을 연구하기 위해 모든 방법을 다 동원해 시도를 해 볼 수 있지만 초심자에게는 그런 일들이 다 그 연구를 위해 필요한 것이라 생각을 할 수도 있답니다. 주의가 필요한 부분입니다. 지금 이 내용이 별로 도움은 안되겠지만 어떻게 접근을 해야 하는가는 알 수 있지 않을까 합니다. 그럼 수고하시기 바랍니다.

일단 박막의 용도를 알아야 합니다. 강유전성을 응용하실 것인지 아니면 압전성을 응용할 것인지 아니면 고유전체 분야에 응용할 것 인지를 명확히 올려 주셔야 조언을 구하기가 쉬울 것입니다. 과제를 하신다고 했는데 아직까지 박막의 제조 방법을 결정하지 못 하셨다니 나중에 과제에 들어가면 혼선이 생길 것 같은 걱정이 듭니다. 일단 제조 방법으로는 액상법(솔-젤법)과 기상법(스퍼터링, MOCVD, PLD) 등이 있습니다. MEMS는 제조된 박막을 가공하는 공정이므로 박막 공정과는 거리가 좀 멀구요,,, 1) 솔젤법은 공정이 간단하고 복잡한 장비가 필요없는 대신 막 두께의 제어가 어렵구요.. 2) 스퍼터링은 적당한 장비와 타겟만 있으면 되고 공정은 비교적 간단합니다. 그런데 step coverage가 좋지 못하므로 복잡한 형상의 패턴위에는 곤란하고 박막이 비정질이므로 후속 열처리가 필요합니다. 3) PLD (pulsed laser deposition)는 조정제어가 쉬워 복잡한 (3성분계 이상) 조성의 박막을 제조하기는 쉬우나 대면적화가 어렵기 때문에 나중에 양산 공정에 적용하는데는 무리가 따릅니다. 4) MOCVD는 대면적화가 유리하고 step coverage가 좋지만 최적 공정 변수를 잡는데 시간이 많이 걸립니다. 또한 PZT 성분중 Pb(납)의 선구물질이 좋은게 없어 장치가 복잡해지고 또한 조성제어가 어려운 문제가 있습니다. 따라서 기초 연구를 수행하신다면 솔젤이나 PLD를 추천하며 나중에 양산 공정까지 생각하신다면 처음 연구는 조금 어렵겠지만 MOCVD법을 추천하고 싶습니다.

일반적으로 널리 알려지지는 않았지만 수열합성이란 방법이 있습니다. 비교적 낮은 압력과 높은 온도에서 강유전체 박막을 epitaxial하게 올릴 수 있는데 밀폐된 용기내에 KOH용액과 PbNO3, TiO2, 지르코늄 oxide 분말, Nb-STO기판을 넣은 후 고온에서 수시간 놓아두면 이온들이 self-assemble하여 perovskite구조의 박막을 형성합니다. 이 방법을 사용하여 제조한 강유전체 박막은 mono c-domain을 갖게 됩니다.

PLZT박막제조 관련 논문인데 도움이 되실지는 모르겠습니다. 이 분야는 사실 많은 사람이 연구하고 있는 것이어서..

이미 많은 분들이 좋은 답변을 올려주셨습니다. 먼저 공정을 정하시기에 앞서, 고려하셔야 할 내용들을 생각해보았습니다. (1) 기판은 어떤 물질을 이용하실 것입니까? Si 기판을 사용하실 경우는 반응성의 문제 때문에 적절한 버퍼층이 필요합니다. 단결정의 경우는 비싼 가격에도 불구하고 epitaxial 막 혹은 결정성의 품질 때문에 이용합니다. (2) 상하부 전극이 필요합니까? 특히 하부 전극 조건은 PZT 박막의 결정성에 큰 영향을 주기 때문에 매우 중요합니다. 그리고, 전극 물질의 선정도 매우 중요합니다. Pt,Ru,Ir과 같은 금속 전극과 RuO2, LSCO, SrRuO3, ITO 같은 산화물 전극들이 있고, 목적하시는 바에 따라 선택하셔야 합니다. (3) PZT 박막의 두께는 어느 정도 크기입니까? 초박막(수 A ~ 수 nm), 박막(수십 ~ 수백 nm), 후막(수 um)에 따라 각각 적합한 증착 방법이 존재합니다. 이미 많은 분들이 박막에 대한 공정법을 올려주셨습니다. 첨언하면 후막의 경우는 PZT 페이스트를 만들어서 스크린 프린팅하는 방법이 주로 이용됩니다. 대주정밀과 같은 분말회사에서 원하는 조성을 가진 페이스트를 구하실 수 있을 것입니다. 이노스텍에서는 졸-겔 용액을 구하실 수 있으며, PZT 증착 서비스도 같이 하고 있습니다. 또한 벌크 PZT를 만든 뒤, 미세가공을 통해 마이크로 크기의 판을 만들 수도 있습니다. (4) 최종적인 과제의 목적이 무엇입니까? 강유전 특성이 우수한 PZT의 제조, PZT 박막에서의 강유전체 물리에 대한 연구, PZT 나노선 혹은 나노튜브 제조 등과 같은 최종의 목적에 따라 공정 디자인을 하셔야할 것입니다. (5) 강유전 특성의 분석은 어떻게 하실 것입니까? PZT 물질의 구조 분석에서부터 전기적 특성 분석(P-E hystersis, I-V 누설전류, C-V), 그리고 Piezoresponse force microscope을 이용한 도메인 이미징 및 미소 영역의 강유전 특성 분석 등의 다양한 분석법으로 강유전체임을 확인하셔야 할 것입니다. (6) 이외에 PZT 박막의 증착과 결정화 열처리 시에는 Pb의 휘발이 심하기 때문에 Pb의 양을 과잉되게 합니다. 국부적인 비균질성이 존재할 수 있습니다. Pervoskite 구조를 만들기 위해 보통 고온의 열공정이 필요하기 때문에 앞공정인 하부전극 제조에 신경을 쓰셔야 합니다. 공정 결정하시는데 도움이 되면 좋겠습니다. 세부적으로 필요하신 내용이 있으시면 다시 질문주시기 바랍니다. >이번에 강유전 박막중 하나인 PZT 박막에 관한 과제를 해야되는데요 >PZT 박막을 만드는 공정법이 현재 어떠한 것들이 있으며 특징 및 장단점을 알고싶습니다. >MEMS, sol-gel(CSD)법 등 이밖에도 어떠한 것들이 있는지 그리고 앞에 나열한 방법포함한 방법을 이용한 공정의 특징및 차이점을 알고싶습니다. > >프리젠테이션을 해야되므로 구할수있는 자료나 사이트등도 추천해 주시면 감사합니다.