RF 마그네트론 스퍼터링법으로 제조한 투명전극용 Al:ZnO 박막의 특성에 관한 연구 (A)Study on the Characteristics of Al:ZnO Thin Films for TCO Electrodes Prepared by RF Magnetron Sputtering원문보기
산화아연 (ZnO) 은 구조적으로 zinc layer 와 oxygen layer 가 교대로 위치하는 hexagonal wurtzite 의 결정구조를 지닌 금속 산화물로서 비저항이 결정성장 조건에 따라 108 ~ 10-4 Ω•cm 까지 폭 넓게 변하는 전형적인 n-형 산화물 반도체이다. 일반적으로 ...
산화아연 (ZnO) 은 구조적으로 zinc layer 와 oxygen layer 가 교대로 위치하는 hexagonal wurtzite 의 결정구조를 지닌 금속 산화물로서 비저항이 결정성장 조건에 따라 108 ~ 10-4 Ω•cm 까지 폭 넓게 변하는 전형적인 n-형 산화물 반도체이다. 일반적으로 ZnO박막은 3.3 eV 정도의 에너지 밴드갭을 갖고 있으므로, UV 영역에서의 발광특성을 나타낸다. 이러한 특성을 이용하여 박막 형태의 ZnO 는 이미 그 응용분야가 고주파용 SAW filter, 광학 도파관 (optical wave guide), 열 반사판 (heat mirror), gas sensor, 박막 varistor, 적외선 반사경 등으로 매우 광범위하게 쓰이고 있으며, 특히 최근 들어 LCD (liquid crystal display) 나 solar cell 과 같은 광전소자가 각광을 받음에 따라 낮은 비저항과 동시에 가시광선 영역에서 높은 투과율을 요구하는 LCD panel 의 전극 및 태양전지의 window 로써 쓰이는 투명전도막 분야에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. ZnO 투명전극의 전기적, 광학적 특성을 동시에 향상시키기 위해서는 박막내 전자의 농도를 degenerate 상태에서 증가시키고 자유전자를 scattering 하는 sites 로 작용하는 grain boundary density 를 감소시켜 주는 것이 필요하다. 이를 위하여 공정변수를 조절해서 박막내에서 donor 로 작용할 수 있는 산소 공공의 농도를 증가시키거나 외부에서 III-B족 원소 (B, Al, Ga, In 등) 를 doping 하여 II-B 족인 Zn 를 치환하는 방법, 또는 Li, Ni 등의 원소를 침입형으로 doping 하여 전자의 농도를 증가시키는 방법이 활발히 연구되고 있다. 본 연구에서는 RF마그네트론 스퍼터링 법으로 Al 첨가에 의해 ZnO 박막의 전도성과 투과율을 향상시키고, 박막내에서 Al 의 역할을 규명하고자 하였다. ZnO 박막과 Al 이 2.5 wt% 첨가된 AZO 박막의 증착 압력, RF power, O2 gas flow ratio 등 증착 변수에 따른 구조적, 전기적, 광학적 변화를 조사하고 비저항 및 광투과도 등을 분석하여 투명전극용으로 적합한지를 연구하였다.
산화아연 (ZnO) 은 구조적으로 zinc layer 와 oxygen layer 가 교대로 위치하는 hexagonal wurtzite 의 결정구조를 지닌 금속 산화물로서 비저항이 결정성장 조건에 따라 108 ~ 10-4 Ω•cm 까지 폭 넓게 변하는 전형적인 n-형 산화물 반도체이다. 일반적으로 ZnO 박막은 3.3 eV 정도의 에너지 밴드갭을 갖고 있으므로, UV 영역에서의 발광특성을 나타낸다. 이러한 특성을 이용하여 박막 형태의 ZnO 는 이미 그 응용분야가 고주파용 SAW filter, 광학 도파관 (optical wave guide), 열 반사판 (heat mirror), gas sensor, 박막 varistor, 적외선 반사경 등으로 매우 광범위하게 쓰이고 있으며, 특히 최근 들어 LCD (liquid crystal display) 나 solar cell 과 같은 광전소자가 각광을 받음에 따라 낮은 비저항과 동시에 가시광선 영역에서 높은 투과율을 요구하는 LCD panel 의 전극 및 태양전지의 window 로써 쓰이는 투명전도막 분야에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. ZnO 투명전극의 전기적, 광학적 특성을 동시에 향상시키기 위해서는 박막내 전자의 농도를 degenerate 상태에서 증가시키고 자유전자를 scattering 하는 sites 로 작용하는 grain boundary density 를 감소시켜 주는 것이 필요하다. 이를 위하여 공정변수를 조절해서 박막내에서 donor 로 작용할 수 있는 산소 공공의 농도를 증가시키거나 외부에서 III-B족 원소 (B, Al, Ga, In 등) 를 doping 하여 II-B 족인 Zn 를 치환하는 방법, 또는 Li, Ni 등의 원소를 침입형으로 doping 하여 전자의 농도를 증가시키는 방법이 활발히 연구되고 있다. 본 연구에서는 RF 마그네트론 스퍼터링 법으로 Al 첨가에 의해 ZnO 박막의 전도성과 투과율을 향상시키고, 박막내에서 Al 의 역할을 규명하고자 하였다. ZnO 박막과 Al 이 2.5 wt% 첨가된 AZO 박막의 증착 압력, RF power, O2 gas flow ratio 등 증착 변수에 따른 구조적, 전기적, 광학적 변화를 조사하고 비저항 및 광투과도 등을 분석하여 투명전극용으로 적합한지를 연구하였다.
Recently zinc oxides (ZnO) have emerged as one of the most promising transparent conducting films with the strong demand of low cost and high performance optoelectronic devices. ZnO films have many advantages such as its optical and electrical properties, high chemical stability, and abundance in na...
Recently zinc oxides (ZnO) have emerged as one of the most promising transparent conducting films with the strong demand of low cost and high performance optoelectronic devices. ZnO films have many advantages such as its optical and electrical properties, high chemical stability, and abundance in nature. In this study, properties of aluminum doped zinc oxide films grown using a conventional rf magnetron sputter, as well as effects of process variables on the film properties, are discussed in detail. The influence of the working pressure, RF power and argon/ oxygen (Ar/O2) gas ratios on the electrical, optical and morphological properties were investigated experimentally. The optical transmittance of Al:ZnO film of about 85 % was obtained over the whole experimental ranges of argon pressures, substrate temperatures and sputtering power. However, the structure and electrical properties of the film were strongly influenced mainly by the argon pressure, substrate temperature and sputter power. As sputtering pressure decrease or substrate temperature increased, the films grew in columnar-shape with c-axis perpendicular to substrate surface. As sputtering power increased, the deposition rate as well as the grain size of the films increased but the crystalline quality declined. Films with lowest resistivity of 5.3 10-4 Ω•cm and good transmittance of 90.7 % have been achieved for the films deposited at 3 mtorr, 200 ℃, 200 W, Al content of 2.5 wt% with a substrate for about 800 nm in film thickness.
Recently zinc oxides (ZnO) have emerged as one of the most promising transparent conducting films with the strong demand of low cost and high performance optoelectronic devices. ZnO films have many advantages such as its optical and electrical properties, high chemical stability, and abundance in nature. In this study, properties of aluminum doped zinc oxide films grown using a conventional rf magnetron sputter, as well as effects of process variables on the film properties, are discussed in detail. The influence of the working pressure, RF power and argon/ oxygen (Ar/O2) gas ratios on the electrical, optical and morphological properties were investigated experimentally. The optical transmittance of Al:ZnO film of about 85 % was obtained over the whole experimental ranges of argon pressures, substrate temperatures and sputtering power. However, the structure and electrical properties of the film were strongly influenced mainly by the argon pressure, substrate temperature and sputter power. As sputtering pressure decrease or substrate temperature increased, the films grew in columnar-shape with c-axis perpendicular to substrate surface. As sputtering power increased, the deposition rate as well as the grain size of the films increased but the crystalline quality declined. Films with lowest resistivity of 5.3 10-4 Ω•cm and good transmittance of 90.7 % have been achieved for the films deposited at 3 mtorr, 200 ℃, 200 W, Al content of 2.5 wt% with a substrate for about 800 nm in film thickness.
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