Laser Ablation증착에 따른 Target표면 연구

Abstract

양질의 고온 초전도 박막을 만들기 위해서는 target 시료의 조성비, 기판의 종류, 기판온도, target-기판 간 거리와 상대적 각도, 그리고 증착실(chamber)의 압력과 기체의 종류 등 여러 가지 변수를 최적화해야한다. 본 연구에서는 레이저 증착 실험을 하는 데 있어서, target과 레이저 빔과의 상호 작용 때문에 target 표면에서 cone이 생기는 문제점을 target의 조성 변화 및 형상 변화를 조사함으로써 알아 보고자 한다. 밀도가 서로 다른 YBa_(2)Cu_(3)O_(7) target에 레이저를 조사한 후 target의 표면 변화를 라만 스펙트럼과 SEM, EDS 결과를 통해 분석하였다. 레이저 조사량이 증가함에 따라, target의 밀도에 관계없이, YBa_(2)Cu_(3)O_(7) 상에서 점차 구리(Cu) 성분이 많아지고 BaCuO_(2-x) 와 같은 불순물 상이 많이 생겼다. 또, 레이저 에너지 밀도가 증가함에 따라YBa_(2)Cu_(3)O_(7) 상에서 Y_(2)O_(3)와 BaCuO_(2-x) 과 같은 구조로 변하였다. SEM으로 표면 형상을 조사해 본 결과, target 표면에는 cone이 레이저 조사 방향으로 자라는 것을 확인할 수 있었다. 레이저 에너지 밀도가 1.2J/㎠ 이상이거나 레이저 에너지 조사량이 너무 많으면 target 표면이 비결정질처럼 변하였다. 표면 변조에 따라 target 표면에 생긴 cone을 없애기 위해 cone이 레이저 조사방향으로 자라나는 성질을 이용하였다. 즉, 500펄스를 조사한 target의 지점에 180° 회전시켜 다시 500펄스 레이저 조사하였을 데, cone이 방향성을 갖지 않고 작아지는 것을 SEM으로 확인하였다. 또한, 원하는 YBa_(2)Cu_(3)O_(7)의 상이 다시 보이는 것도 라만 스펙트라로 확인하였다. 이같은 실험방법으로, 박막에 해로운 영향을 끼치는 cone의 생성을 조절할 수 있음을 밝혔다.;In order to make a high quality superconductivity thin film, several parameters should be optimized : the stoichiometry of the target samples, the substrate type, the substrate temperature, the relative angle of the distance between the target and the substrate, and the pressure of the ablation chamber. In this thesis, the problem with cones formed on the target surface in the laser ablation experiment will be identified by analyzing the changes in the shape and stoichiometry of the target surface. When the number of laser shot on the target surface increased, the amount of copper and impurities in YBa_(2)Cu_(3)O_(7) increased. For example, BaCuO_(2-x) has been found on the laser irradiated area. As the laser enrgy density was increased, the impurities of Y_(2)O_(3), BaCuO_(2-x), were observed in YBa_(2)Cu_(3)O_(7) target. It has been observed that cones were growing in the direction of the laser irradiation by SEM(Scanning Electron Microscopy). To eliminate cones, we have used the method of rotating the target by 180˚to shot the same number of laser beams on the same spot from opposing angles. Experimental results of losing the directionality and changing the shape of cones formed on YBa_(2)Cu_(3)O_(7) target surface by laser beams incident on the same spot from opposing angles are obtained. Raman spectroscopy on the laser irradiated area indicates that the target phase change is less influenced by laser beams incident from opposing angles than those incident from one direction. Our results suggest that artificial control of laser beam direction could provide an effective means for modifying the target surface to fabricate high quality thin films.