RF 마그네트론 스퍼터를 이용한 구부림이 가능한 투명전도성 ZnO:Al 박막의 제조 및 특성평가 Transparent conducting Al doped ZnO oxide films deposited on flexible substrates by RF magnetron sputtering원문보기
투명전도성 산화물(TCO)은 평판 디스플레이, 터치스크린, IR 반사체, 태양전지, 광센서등 다양하게 쓰이고 있다. 이에 따라 각종 소자의 개발이 가속화되면서 이러한 소자에 필수적인 투광성과 전기 전도성이 우수한 투명 전극용 재료의 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 현재 가장 널리 사용되고 있는 투명전도막 재료는 ...
투명전도성 산화물(TCO)은 평판 디스플레이, 터치스크린, IR 반사체, 태양전지, 광센서등 다양하게 쓰이고 있다. 이에 따라 각종 소자의 개발이 가속화되면서 이러한 소자에 필수적인 투광성과 전기 전도성이 우수한 투명 전극용 재료의 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 현재 가장 널리 사용되고 있는 투명전도막 재료는 Sn 도핑된 In2O3(ITO)로 광학적 성질과 전기적 성질이 매우 우수하지만 고가의 In을 원료물질로 사용하는 점과 수소 플라즈마에 노출되는 경우 특성의 열화가 문제시 되고 있다. 하지만 ZnO는 적외선 및 가시광선 영역에서의 투광성과 전기전도성이 우수하며 수소플라즈마에 대한 내구성이 좋고, 원료가격이 비교적 낮은 점 등으로 볼 때 ITO를 대체하기 위한 재료로 적당하다고 여겨지고 있다. 투명 전도막으로의 응용을 위한 Al2O3 도핑된 ZnO(AZO) 박막 증착을 위해서는 스퍼터링, CVD, spray pyrolysis, reactive evaporation 등 여러 가지 방법이 이용되어 왔다. 그 중에 스퍼터링법이 가장 대표적인 방법이며, 국내외 많은 연구자들에 의해 스퍼터링에 의한 Al, Ga등의 원자가 3가 금속을 첨가한 ZnO박막의 증착및 특성에 관한 연구가 많이 진행되어 왔다. 그런데 스퍼터링법으로 증착한 ZnO박막은 증착도중 플라즈마에 의해 박막에 손상이 발생한다고 알려져 있다. 특히 Al2O3를 첨가한 ZnO 타겟을 사용해 RF 마그네트론 스퍼터링법으로 박막을 증착하는 경우에는 기판의 위치에 따라 전기적성질의 불균일성이 문제시 되고 있다. 이는 플라즈마의 밀도가 높은 타깃의 erosion 영역에 위치한 기판의 부분에 타켓의 표면에서 스퍼터링되어 나오는 큰 에너지의 입자나 이온들의 충돌에 의해 증착되는 박막의 손상이 커지기 때문으로 알려져 있다. 또한 최근에 평판디스플레이의의 발전 방향은 대면적화, 고정세화 및 경량화로 요약될 수 있으며, 소형 mobile display의 경우는 경량화, 극박화 및 내구성 향상으로 요약될 수 있다. 이러한 추세에 발맞추어 display module 업계에서는 기존의 유리 기판을 폴리머 재료로 대체하고자 하는 노력이 경주되고 있다. 폴리머 기판의 이점은 가볍고, 접을 수 있어서 운반하기가 쉽고, 유연하기 때문에 대면적공정이 가능하여 제조비용을 낮출 수 있다는 것으로 그 적용범위가 확대 되어가고 있다. 따라서 극박 소형화 및 경량화에 따른 폴리머 기판의 사용, 미래의 정보표시소자로 각광받게 될 flexible display 및 전자종이의 성공적인 개발을 위해서는 폴리머 필름 상에의 소자구현이 가능하여야 한다. 따라서 본 연구는 상온에서 투명 전도성 AZO 박막을 RF 마그네트론 스퍼터를 이용하여 PES, PET, Glass 기판위에 증착하였다. 폴리머 기판의 손상 없이 AZO 박막의 전기적 특성(약 10-4)과 광학적 투과율 (80%)을 달성하기 위해 Step, Gun의 각도, 기판의 모양 변화등 다양한 공정으로 제조하였다. Roll 스퍼터링 시스템에서 기판에 손상을 주지 않고 가장 좋은 비저항 (1×10-3Ω․cm), 투과율(83%)을 달성하였다. 스텝을 주지 않는 on-axis 스퍼터링 공정보다 Step과 roll 스퍼터링의 on-axis 스퍼터링 공정, Gun의 각도를 변화시킨 off-axis 스퍼터링은 확실히 전기적, 광학적 특성을 향상시켜 주었다. PES 기판은 연속사용온도가 높아 비저항 및 투과율의 특성이 좋으나 가격이 고가이다. 하지만 PET는 가격은 저렴하지만 연속사용온도가 낮아 기판에 손상을 가해져 비저항과 투과율이 상대적으로 좋지 않는 특성을 보였다. 모든 샘플에서 2θ=34.52°에서 피크이 나타난 것을 보아 ZnO의 (002)방향으로 성장한 것을 알 수 있다.
투명전도성 산화물(TCO)은 평판 디스플레이, 터치스크린, IR 반사체, 태양전지, 광센서등 다양하게 쓰이고 있다. 이에 따라 각종 소자의 개발이 가속화되면서 이러한 소자에 필수적인 투광성과 전기 전도성이 우수한 투명 전극용 재료의 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 현재 가장 널리 사용되고 있는 투명전도막 재료는 Sn 도핑된 In2O3(ITO)로 광학적 성질과 전기적 성질이 매우 우수하지만 고가의 In을 원료물질로 사용하는 점과 수소 플라즈마에 노출되는 경우 특성의 열화가 문제시 되고 있다. 하지만 ZnO는 적외선 및 가시광선 영역에서의 투광성과 전기전도성이 우수하며 수소플라즈마에 대한 내구성이 좋고, 원료가격이 비교적 낮은 점 등으로 볼 때 ITO를 대체하기 위한 재료로 적당하다고 여겨지고 있다. 투명 전도막으로의 응용을 위한 Al2O3 도핑된 ZnO(AZO) 박막 증착을 위해서는 스퍼터링, CVD, spray pyrolysis, reactive evaporation 등 여러 가지 방법이 이용되어 왔다. 그 중에 스퍼터링법이 가장 대표적인 방법이며, 국내외 많은 연구자들에 의해 스퍼터링에 의한 Al, Ga등의 원자가 3가 금속을 첨가한 ZnO박막의 증착및 특성에 관한 연구가 많이 진행되어 왔다. 그런데 스퍼터링법으로 증착한 ZnO박막은 증착도중 플라즈마에 의해 박막에 손상이 발생한다고 알려져 있다. 특히 Al2O3를 첨가한 ZnO 타겟을 사용해 RF 마그네트론 스퍼터링법으로 박막을 증착하는 경우에는 기판의 위치에 따라 전기적성질의 불균일성이 문제시 되고 있다. 이는 플라즈마의 밀도가 높은 타깃의 erosion 영역에 위치한 기판의 부분에 타켓의 표면에서 스퍼터링되어 나오는 큰 에너지의 입자나 이온들의 충돌에 의해 증착되는 박막의 손상이 커지기 때문으로 알려져 있다. 또한 최근에 평판디스플레이의의 발전 방향은 대면적화, 고정세화 및 경량화로 요약될 수 있으며, 소형 mobile display의 경우는 경량화, 극박화 및 내구성 향상으로 요약될 수 있다. 이러한 추세에 발맞추어 display module 업계에서는 기존의 유리 기판을 폴리머 재료로 대체하고자 하는 노력이 경주되고 있다. 폴리머 기판의 이점은 가볍고, 접을 수 있어서 운반하기가 쉽고, 유연하기 때문에 대면적공정이 가능하여 제조비용을 낮출 수 있다는 것으로 그 적용범위가 확대 되어가고 있다. 따라서 극박 소형화 및 경량화에 따른 폴리머 기판의 사용, 미래의 정보표시소자로 각광받게 될 flexible display 및 전자종이의 성공적인 개발을 위해서는 폴리머 필름 상에의 소자구현이 가능하여야 한다. 따라서 본 연구는 상온에서 투명 전도성 AZO 박막을 RF 마그네트론 스퍼터를 이용하여 PES, PET, Glass 기판위에 증착하였다. 폴리머 기판의 손상 없이 AZO 박막의 전기적 특성(약 10-4)과 광학적 투과율 (80%)을 달성하기 위해 Step, Gun의 각도, 기판의 모양 변화등 다양한 공정으로 제조하였다. Roll 스퍼터링 시스템에서 기판에 손상을 주지 않고 가장 좋은 비저항 (1×10-3Ω․cm), 투과율(83%)을 달성하였다. 스텝을 주지 않는 on-axis 스퍼터링 공정보다 Step과 roll 스퍼터링의 on-axis 스퍼터링 공정, Gun의 각도를 변화시킨 off-axis 스퍼터링은 확실히 전기적, 광학적 특성을 향상시켜 주었다. PES 기판은 연속사용온도가 높아 비저항 및 투과율의 특성이 좋으나 가격이 고가이다. 하지만 PET는 가격은 저렴하지만 연속사용온도가 낮아 기판에 손상을 가해져 비저항과 투과율이 상대적으로 좋지 않는 특성을 보였다. 모든 샘플에서 2θ=34.52°에서 피크이 나타난 것을 보아 ZnO의 (002)방향으로 성장한 것을 알 수 있다.
Transparent conducting oxide (TCO) films have been widely used in flat panel display. Among the various TCOs, ITO films have been extensively utilized owing to their high transmittance in the visible range and low electrical resistivity. Al doped ZnO (AZO) film is one of the promising alternatives t...
Transparent conducting oxide (TCO) films have been widely used in flat panel display. Among the various TCOs, ITO films have been extensively utilized owing to their high transmittance in the visible range and low electrical resistivity. Al doped ZnO (AZO) film is one of the promising alternatives to ITO films. This is because Zn is a cheap and abundant raw material, low deposition temperature, non-toxicity and its stability in hydrogen plasma and has comparable electrical and optical properties to those of ITO. Recently, there is great interest in replacing glass with polymer substrates, particularly in flat panel display technology. Because transparent conductive thin films deposited on polymer substrates have many merits compared with those deposited on glass substrate, such as lighter, large area deposition processes, not brittle, bendable, and low cost. In this study, Transparent conductive Al doped ZnO thin films were deposited on Polyethersulphon (PES) and Polyethylene Terephthalate(PET) substrate by RF magnetron sputtering using the ZnO-Al2O3(2wt%) targets at room temperature. we carried out the on–axis process with processing steps, the off-axis process without processing step and Roll sputtering system to reduce the plasma damage with thermal deterioration. The effects of processing parameters, the electronic mobility, optical transmittance, surface morphologies, the crystallinity of thin films were investigated using Hall measurement, UV/VIS spectrometer, atomic force microscopy, X-ray diffractionmeter, scanning electron microscopy. The resistivity and transmittance of roll sputtering system were 1×10-3 Ωcm and 83% without substrate damage at PES. Resistivity and transmittance of on-axis sputtering with step - with roll sputtering and off-axis changed angle of gun were improved than it of on-axis sputtering without step. Increasing continued use temperature of polymer substrate, was batter resistivity and transmittance. The films obtained were polycrystalline with a hexagonal structure and were preferentially oriented in the (002) crystallographic direction.
Transparent conducting oxide (TCO) films have been widely used in flat panel display. Among the various TCOs, ITO films have been extensively utilized owing to their high transmittance in the visible range and low electrical resistivity. Al doped ZnO (AZO) film is one of the promising alternatives to ITO films. This is because Zn is a cheap and abundant raw material, low deposition temperature, non-toxicity and its stability in hydrogen plasma and has comparable electrical and optical properties to those of ITO. Recently, there is great interest in replacing glass with polymer substrates, particularly in flat panel display technology. Because transparent conductive thin films deposited on polymer substrates have many merits compared with those deposited on glass substrate, such as lighter, large area deposition processes, not brittle, bendable, and low cost. In this study, Transparent conductive Al doped ZnO thin films were deposited on Polyethersulphon (PES) and Polyethylene Terephthalate(PET) substrate by RF magnetron sputtering using the ZnO-Al2O3(2wt%) targets at room temperature. we carried out the on–axis process with processing steps, the off-axis process without processing step and Roll sputtering system to reduce the plasma damage with thermal deterioration. The effects of processing parameters, the electronic mobility, optical transmittance, surface morphologies, the crystallinity of thin films were investigated using Hall measurement, UV/VIS spectrometer, atomic force microscopy, X-ray diffractionmeter, scanning electron microscopy. The resistivity and transmittance of roll sputtering system were 1×10-3 Ωcm and 83% without substrate damage at PES. Resistivity and transmittance of on-axis sputtering with step - with roll sputtering and off-axis changed angle of gun were improved than it of on-axis sputtering without step. Increasing continued use temperature of polymer substrate, was batter resistivity and transmittance. The films obtained were polycrystalline with a hexagonal structure and were preferentially oriented in the (002) crystallographic direction.
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