전기증착에 의해 n-Si(111) 기판 위에 성장시킨 Ni 박막 형성운동학

Abstract

나노결정립으로 이뤄진 Ni 박막을 NiCl$_2$+메탄올로 이뤄진 비수용액 전해질 내에서 펄스-전기증착 (pulsed-electrodeposition)을 이용하여 n-Si(111) 기판 위에 직접 성장시켰다. 0.1 M NiCl$_2$ 전해질 용액 내에서 Ni$^{2+}$/n-Si(111) 계면에 대한 에너지 밴드 특성을 조사한 결과, Ni$^{2+}$/n-Si(111) 계면은 쇼트키 장벽의 형성에 따른 다이오드 특성을 보인다는 사실을 알 수 있었다. 또한 CV (cyclic voltammogram)와 MS (Mott-Schottky) 관계식으로부터 n-Si(111) 기판의 평탄대역전위 (flat band potential)와 Ni$^{2+}$이온의 평형산화환원전위 (equilibrium redox potential)는 각각 -0.508 V와 -0.294 V로 평가되었다. Ni을 증착하기 위하여 인가한 펄스전압의 주파수가 증가할 경우 Si 기판 위에 증착된 Ni 나노결정립들의 크기도 선형적으로 증가하였으며, 20 Hz$\sim$900 Hz의 주파수 범위에서 나노입자들의 크기는 48 nm에서 130 nm로 증가하였다. 초기 증착단계에서 Ni$^{2+}$이온/Si 계면반응을 통한 Ni 박막의 성장모드를 증착시간에 따른 환원전류의 과도특성으로부터 조사하였으며, 이 결과로부터 모든 주파수 영역에서 Ni 박막은 ``3-dimensional instantaneous nucleation followed by diffusion limited growth mode''를 통해 초기 핵형성이 진행됨을 알 수 있었다.