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안녕하세요. 반도체 대학원에서 석사과정을 진행하는 학생입니다.
산화물 기반 50nm 박막 샘플 밴드갭을 전기적인 방식으로 측정하고 싶습니다. UV로 밴드갭을 측정할 수 있다고 알고있으나, 제 샘플의 두께가 너무 얇아서 의뢰가 힘들다고 합니다.(투과율 이슈)
광학적인 방법보단 전기적으로 측정하는 방식이 밴드갭이 더 좋다고 알고 있는데, 인터넷이나 논문을 찾아봐도 나오는게 없습니다.
전기적인 방식으로 밴드갭을 측정하는 법을 알려주실 수 있나요?
감사합니다.
- band gap
- electrical
- UV
- 4 point probe station
각 분야 한인연구자와 현업 전문가분들의 답변을 기다립니다.
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답변
박소원님의 답변
2024-07-19- 1
산화물 기반 50nm 박막 샘플의 밴드갭을 전기적으로 측정하는 방법으로는 전류-전압(IV) 특성 분석과 용량-전압(CV) 특성 분석이 유효합니다. IV 특성 분석에서는 샘플에 전압을 가하고 전류를 측정하여 전도 대역과 가전자 대역 사이의 전기적 특성을 파악합니다. 온도 변화에 따른 전류 변화를 분석하여 활성화 에너지를 계산하고 이를 통해 밴드갭을 추정할 수 있습니다 [1]. CV 특성 분석에서는 샘플의 용량 변화를 전압에 따라 측정하여 밴드 구조를 유도합니다. 이 방법은 샘플의 전기적 용량과 전압 관계를 분석하여 밴드갭을 추정할 수 있습니다 [2]. X-선 광전자 분광법(XPS)을 이용하여 코어 레벨 에너지 손실의 시작점을 분석하는 방법 또한 유효하며, 이는 밴드갭 측정에 있어 전통적인 광학적 방법과 일치하는 결과를 제공합니다 [3]. 이러한 방법들을 통해 광학적 방법을 사용하지 않고도 산화물 박막의 밴드갭을 정확히 측정할 수 있습니다.
출처
[1] Zhang, F., Saito, K., Tanaka, T., Nishio, M., Arita, M., & Guo, Q. (2014). Wide bandgap engineering of (AlGa)2O3 films. Applied Physics Letters, 105, 162107.
[2] Kim, J., Bang, J., Nakamura, N., & Hosono, H. (2019). Ultra-wide bandgap amorphous oxide semiconductors for NBIS-free thin-film transistors. APL Materials.
[3] Kumar, P., Malik, H., Ghosh, A., Thangavel, R., & Asokan, K. (2013). Bandgap tuning in highly c-axis oriented Zn1？xMgxO thin films. Applied Physics Letters, 102, 221903.
본 답변은 틀루토(tlooto.com)에서 어느정도 참조하였습니다~!
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답변
김병관님의 답변
2024-07-22- 1
전기적 방법으로 밴드 갭을 측정하는 방법에 대해 설명드리겠습니다. 전기적 방법은 주로 반도체 재료의 전기적 특성을 분석하여 밴드 갭을 추정하는 방식입니다. 다음과 같은 방법들이 있습니다:전기 전도도 측정 (Electrical Conductivity Measurement): 전기 전도도는 반도체의 밴드 갭과 밀접한 관련이 있습니다. 온도에 따른 전도도 변화를 측정하여 밴드 갭을 추정할 수 있습니다. 반도체의 전기 전도도 σ는 온도 ？？에 대해 Arrhenius 형태의 관계를 가집니다:온도에 따른 전도도를 측정하고 이를 로그 스케일로 표현하여 기울기를 구하면 밴드 갭을 추정할 수 있습니다.주입 전자-정공 재결합 (Injection Electron-Hole Recombination): 전기적 주입에 의해 생성된 전자와 정공의 재결합 과정을 통해 밴드 갭을 측정할 수 있습니다. 주입된 전자와 정공이 재결합하면서 광자를 방출하는 현상을 이용해 밴드 갭을 측정하는 방법입니다. 이는 전기 발광 효과를 이용한 방법으로, 주로 발광 다이오드(LED)와 같은 소자에서 사용됩니다[1].전기적 주사 현미경 (Electrical Scanning Tunneling Microscopy, ESTM): ESTM은 원자 단위의 공간 해상도를 제공하며, 표면에서의 전자 밀도 상태를 측정하여 밴드 갭을 직접적으로 확인할 수 있는 방법입니다. 이 방법은 주로 고해상도의 표면 분석에 사용되며, 매우 얇은 박막 샘플에서도 유용합니다[3].전계 효과 트랜지스터 (Field-Effect Transistor, FET) 특성 분석: FET의 전류-전압 특성을 분석하여 반도체 채널의 밴드 갭을 추정할 수 있습니다. 특히, MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)은 게이트 전압을 조절하여 반도체의 전도도를 변화시키는 방식으로 밴드 갭을 추정할 수 있습니다[2].밴드 갭 측정은 샘플의 특성 및 실험 조건에 따라 다양한 방법으로 접근할 수 있습니다. 전기적 방법은 특히 박막 샘플에서 유용하며, 정확한 측정을 위해서는 실험 조건과 장비의 특성을 충분히 이해하고 사용해야 합니다.[1]Li, K., Li, Y., & Xue, D. (2012). BAND GAP ENGINEERING OF CRYSTAL MATERIALS: BAND GAP ESTIMATION OF SEMICONDUCTORS VIA ELECTRONEGATIVITY. Functional Materials Letters, 05, 1260002.[2]Xu, C., Lan, L., Wang, Z., Lv, P., & Zheng, W. (2023). Narrow-Band Solar-Blind Ultraviolet Detectors Based on AlSnO Films with Tunable Band Gap.. ACS applied materials & interfaces.[3]G, A. J., Jose, K., Nair, A. R., & Anand, V. (2024). DC reactive sputtering of ZnON thin films: band gap engineering and associated evolution of microstructures. Materials Research Express.본 답변은 틀루토(tlooto.com)에서 그대로 가져왔습니다.그대로 가져와도 위의 답변은 틀린 부분이 있는데 이번 답변은 얼추 맞는 것 같네요.
답변감사합니다. 참고문헌을 읽어보겠습니다.