칼코게나이드 물질들의 화학 기상 증착 document_id A220623053312

칼코게나이드 물질들은 칼코겐 원소(O, S, Se, Te) 및 전기적 또는 구조적 특성들을 변형하도록 작용하는 일반적으로 하나 또는 그 이상의 추가적인 원소들을 포함하는 물질들이다. Ⅱ-Ⅵ 반도체들(예를 들어, CdS, ZnTe 등)은 칼코게나이드 물질들의 잘 알려진 클래스이다. LED 및 레이저 어플리케이션들을 위해 이러한 물질들은 그들의 넓은 밴드갭 특성들 및 단파장 광 방출을 제공하는 잠재성 때문에 널리 연구되어 왔다. 칼코게나이드 물질들의 다른 중요한 클래스는 초기에 S.R.Ovshinsky에 의해 개발되고 현재 광학적 및 전기적 메모리 및 스위칭 어플리케이션들에 사용되는 방대한 일련의 칼코게나이드 물질들을 포함한다. 이러한 칼코게나이드 물질들은 여기에서 Ovonic 칼코게나이드 물질들로 언급될 수 있다. Ovonic 칼코게나이드 물질들 중에서 광학적 기록 기술들에서 현재 널리 사용되는 것이 칼코게나이드 상변화 물질들이다. CD 및 DVD 어플리케이션들에서 액티브 물질들은 광학적 에너지의 인가에 의해 그 상대적인 비율들이 가역적으로 그리고 재현성 있게 변화될 수 있는 결정질 상태와 비정질 상태를 포함하는 칼코게나이드 물질들이다. 이러한 물질들은 일련의 두 개의 또는 그 이상의 별개의 구조 상태들을 정의함으로써 정보를 저장하기 위해 사용될 수 있는데, 각각의 상태는 주어진 부피 내에 결정질 및 비정질 도메인들의 특징적인 비율에 의해 정의되고, 개별적인 정보 값은 각 구조 상태에 관련된다. 정보 값의 저장은 광학적 에너지를 상 변화 물질에 상기 물질을 정보 값과 관련된 구조 상태로 전환할 정도로 필요한 양으로 적용함으로써 발생한다. 광학적 상 변화 칼코게나이드 물질들은 다른 구조 상태들 사이에서 에너지의 적절한 적용에 의해 가역적으로 변환될 수 있다. 용융 온도를 초과하는 상변화 물질의 국부적인 온도를 생성하도록 충분한 에너지를 적용함으로써 그리고 냉각 시에 결정화를 방지하도록 충분한 속도로 에너지를 제거함으로써 비정질 상의 비율은 증가될 수 있다. 비정질 물질을 결정질 물질로 조절된 변화가 유도되도록 결정 온도를 초과하는 상변화 물질의 국부적인 온도를 생성하도록 충분한 에너지를 적용함으로써 결정질 상의 비율은 증가될 수 있다. 상변화 물질의 정보량을 읽는 것은 물질의 구조 상태의 물리적 특성들을 탐지하여 발생한다. 광학적 기록에서, 예를 들어, 반사도는 구조 상태를 탐지하기 위한 인자로서 널리 사용된다. 결정질과 비정질 상태들 사이의 반사도 차이는 결정질 및 비정질 상의 부피 분율의 상대적인 비율에 따라 다른 구조 상태들의 명확한 해상도(resolution)을 허용하도록 충분한 대비를 제공한다. Ovonic 칼코게나이드 물질들의 두 다른 중요한 타입들은 전기적 스위칭 및 전기적 메모리 물질들이다. Ovonic 전기적 스위칭 칼코게나이드 물질들은 임계 전압을 적용할 때 저항성 상태와 도전성 상태 사이에서 전환될 수 있다. 저항 상태에서는, 상기 물질들은 전류의 흐름을 억제하고 임계 전압을 인가할 때, 상기 물질은 전류의 흐름을 허용하도록 거의 순식간에 전도성 상태로 전환된다. Ovonic 전기적 메모리 물질들에서, 전기적 에너지(일반적으로 전류 펄스들의 형태로)의 적용은 칼코게나이드 물질의 구조 상태에서 변화를 유도한다. 결정질 및 비정질 상 도메인들의 상대적인 부피 분율은 일련의 하나 또는 그 이상의 인가되는 전류 펄스들의 지속 시간 및 크기를 적절하게 조절하여 연속적으로 변화될 수 있다. 각각의 구조의 상태는 고유한 저항을 가지고 각각의 저항 값은 개별의 정보 값과 관련될 수 있다. 적절한 전류 펄스를 적용함으로써, 전기적 칼코게나이드 메모리 물질은 정보 값을 물질에 기록하기 위해 특별한 정보 값에 해당하는 저항 상태로 프로그램될 수 있다. 전기적 메모리 물질은 소거 및 재기록 능력을 제공하도록 그 다른 저항 상태들 사이에 변환될 수 있다. 두 전기적 및 광학적 칼코게나이드 메모리 물질들은 개선된, 고밀도 메모리 능력을 제공하도록 어레이들로 통합될 수 있다. 칼코게나이드 물질들로부터 유용한 어플리케이션들의 범위의 평가가 증가함에 따라, 그들의 특성들을 더 이해하는 것과 더 넓은 특성들의 범위를 나타내는 새로운 칼코게나이드 물질들을 개발하는 것에 더 큰 관심이 집중되고 있다. 새로운 물질들의 개발은 새로운 조성들 또는 고유한 미세 구조들을 가지는 현존하는 조성들의 합성 또는 증착을 필요로 한다. 광학적 및 전기적인 칼코게나이드 물질들을 준비하는 주요한 방법들은 스퍼터링 및 물리적 기상 증착이다. 이러한 기술들이 많은 매우 흥미있고 유용한 물질들에 있어서 제공되더라도, 새로운 합성 또는 준비 방법들의 개발은 칼코게나이드 물질들의 조성들 및 특성들의 범위를 확장시키고 칼코게나이드 물질들의 어플리케이션들의 확장 목표를 더 촉진시킬 것이다. 이하에서는 CVD로 언급되는 화학적 기상 증착은 물질들의 합성을 위해 널리 사용되는 기술이다. CVD 공정에서, 물질의 구성 원소들의 전구체들이 기판 상에 박막을 형성하도록 반응된다. CVD 전구체들의 반응은 기상으로 균질하거나 또는 기판 표면의 고체-가스 계면에서 불균질하게 발생한다. 많은 원소들의 대한 전구체들이 유용하고 다양한 박막 조성들이 CVD를 사용하여 합성될 수 있다. CVD 프로세싱에서, 전구체들이 기상 형태로 반응기 내로 도입된다. 상온 조건들에서 기상으로 존재하는 전구체들은 일반적으로 캐리어 가스를 통하여 희석된 형태로 반응기 내로 직접적으로 도입된다. 액상 및 고상 전구체들은 기화되거나 또는 승화되고 또한 일반적으로 캐리어 가스의 존재로 희석된 형태로 반응기 내로 도입된다. 반응기 내로 도입될 때, 원하는 물질의 화학적 구성요소를 함유하는 전구체들은 원하는 조성의 박막을 형성하기 위해 후속으로 반응하는 구성요소들의 중간 종들을 제공하도록 (열적으로, 광화학적으로, 또는 플라즈마로) 분해된다. 상기 막의 증착 속도, 화학양론, 조성 및 조직은 반응 온도; 기판; 전구체의 선택; 반응기 압력; 및 반응기 내로 전구체들의 도입 속도와 같은 공정 파라미터들에 대한 적절한 조절을 통해 변화될 수 있다. CVD는 상대적으로 낮은 온도들에서 매우 높은 순도의 박막들을 제공하는 이점들을 제공한다. 비록 CVD가 칼코게나이드 원소들 및 SB2Te3과 같은 단순한 이원의 칼코게나이드들을 포함하는 Ⅱ-Ⅵ 물질들에 대해 널리 사용되더라도, 광학적 및 전기적 칼코게나이드 물질들의 Ovonic 패밀리에 대한 사용은 가장 효율적인 광학적 및 전기적 스위칭 및 메모리 칼코게나이드 물질들과 일반적으로 관련된 다중 원소(삼원 및 더 높은) 조성들을 만드는 것과 관련된 예상되는 어려움들을 때문에 실제로는 존재하지 않는다. 광학적 및 전기적 스위칭 및 메모리 칼코게나이드들의 CVD 합성은 해결해야할 현저한 도전이다. 이러한 물질들의 CVD 합성의 성공적인 개발은 더 다양한 스위칭, 메모리 및 상변화 특성들을 가지는 더 넓은 조성 범위를 제공하도록 기대되고, 따라서 칼코게나이드 물질들에 대한 지금까지의 증대된 기대들을 충족할 수 있는 새로운 물질들을 제공할 수 있다.