광통신에서 널리 사용되는 실리카 기반 도파로를 대처할 수 있는 물질로서 Zn 도핑된 ITO의 사용 가능성에 대해 조사하였다. 실리카 기판 위에 ZITO (Zn doped ITO) 박막을 combinatorial 스퍼터 장비에서 ITO 타겟과 Zn 타겟을 동시에 스퍼터링하여 조성이 다른 박막을 증착하였다. ZITO (Zn-In-Sn-O)에서 Zn 농도가 달라졌을 때, 기초적인 물성 변화 값들을 확인하였다. Zn 농도가 12 ~ 54 at% 사이에 있을 때 비저항의 경우 1 x 10-3 Ω·cm 를 얻었고 550 nm 파장에서 ...
광통신에서 널리 사용되는 실리카 기반 도파로를 대처할 수 있는 물질로서 Zn 도핑된 ITO의 사용 가능성에 대해 조사하였다. 실리카 기판 위에 ZITO (Zn doped ITO) 박막을 combinatorial 스퍼터 장비에서 ITO 타겟과 Zn 타겟을 동시에 스퍼터링하여 조성이 다른 박막을 증착하였다. ZITO (Zn-In-Sn-O)에서 Zn 농도가 달라졌을 때, 기초적인 물성 변화 값들을 확인하였다. Zn 농도가 12 ~ 54 at% 사이에 있을 때 비저항의 경우 1 x 10-3 Ω·cm 를 얻었고 550 nm 파장에서 투과도는 85 % 이상 이었다. 굴절률은 투과 스펙트럼으로부터 Swanepoel method를 이용하여 계산하였는데, 파장이 850 nm 에서 굴절률은 1.89~1.96 사이의 값을 얻었고, Zn 의 농도가 증가할수록 굴절률이 증가함을 알 수 있었다. 굴절률 데이터를 이용하여 bending 손실을 계산한 결과 곡률반경이 100 ㎛ 이하의 값을 갖더라도 손실은 0.1 dB이하의 값을 얻었다. 이는 광 분배기, 광 스위치, 광 모듈레이터, WDM(wavelength division multiplex) 등과 같은 광소자 제작이 가능함을 의미한다.
Flexible 기판 위에 ZITO박막을 상온과 150 °C 에서 증착하여 특성을 비교하였다. 기판 재료를 Flexible한 PES(polyether sulfone)기판위에 Zn의 함량이 다른 ZITO 박막을 RF 스퍼터를 이용하여 기판의 온도를 달리하면서 증착하여 전기적 광학적 특성과 결정 구조를 분석하였다. XRD 측정결과는 기판의 온도가 상온에서 150 ℃까지 변하였을 때, 증착된 ZITO 박막이 비정질이거나 약한 다결정 구조인 것을 보여준다. 23.6 Ω/□ 의 표면저항을 갖고, 550 nm 파장에서 87.2 %의 높은 투과 특성을 갖는 ZITO박막은 기판의 온도가 150 °C이고, Zn 함량이 43.2 % [Zn/(In+Zn+Sn)]이고 두께가 218 nm일 때 얻을 수 있었다. 전체적으로 Flexible 기판인 PES 위에 증착된 ZITO박막은 Flexible OLED에서 ITO 혹은 IZO 전극을 저가의 재료로 대처할 수 있을 뿐 아니라 다양한 Flexible 소자의 응용 가능할 것으로 기대된다.
Combinatorial 스퍼터를 이용하여 조성이 다른 WInZnO 박막을 합성하고 특성을 분석하였다. IZO 와 WO3 타겟을 스퍼터링할 때 서로 다른 파워를 사용하였다. W 조성비 [W/(In+Zn+W)] 는 3~30 at% 이였으며, 샘플의 두께는 WO3 타겟에서 멀어질수록 감소하였고, 광학 밴드갭 에너지는 점진적으로 증가하였는데, 이는 박막의 두께 감소의 영향으로 보여 졌다. 모든 WInZnO 박막은 W 조성비 [W/(In+Zn+W)]에 상관없이 비정질상을 나타냈다. WInZnO 박막에서 W 조성비[W/(In+Zn+W)]가 증가함에 따라 캐리어 농도가 제한되었는데 이는 전기적 저항이 커지기 때문이다. W 양이온은 전기적 특성을 결정짓는 특성으로 산소 공공의 축퇴되는 형태로 나타나는 산소이온의 바인더로 작용하였고, 결과적으로 W 금속 양이온이 도핑된 WInZnO 박막에서 캐리어 농도의 증가는 W 이온이 O 이온과의 결합, 즉 산소 결합체 (binder, W-O 결합체)를 형성하게 되어, WInZnO 박막의 캐리어 농도를 크게 좌우하는 산소공공 (Oxygen vacancies) 의 함량을 줄이게 됨으로써, 캐리어 농도가 감소되는 것으로 설명할 수 있다.
이온빔 보조 전자선 증착 방법으로 보조 이온빔의 에너지를 100 ~ 500 eV 로 변화시키면서 ZnO 박막을 증착하였다. 증착시킨 ZnO 박막의 비저항은 0.0027~0.023 Ohm∙cm2 이동도는 4.3 ~ 20.9 cm2/Vs 이었으며, 캐리어 농도는 5.6 x 1019 ~1.8 x 1020 cm-3 의 값을 얻었다. 열처리 후에 투과도가 증가하였으며, 광학 밴드갭은 3.24 ~ 3.26 eV를 얻었다. 이온빔 에너지가 100 eV 일 때는 XRD peak 가 (002)면만 나왔는데, 이온빔 에너지가 커질수록 (001)과 (101) 면의 피크가 관측되었다. 이 결과로부터 이온빔 보조 증착 법을 이용하여 낮은 온도에서 불순물을 도핑하지 않고 비교적 특성이 우수한 투명한 ZnO 전극물질의 합성이 가능함을 확인하였다.
광통신에서 널리 사용되는 실리카 기반 도파로를 대처할 수 있는 물질로서 Zn 도핑된 ITO의 사용 가능성에 대해 조사하였다. 실리카 기판 위에 ZITO (Zn doped ITO) 박막을 combinatorial 스퍼터 장비에서 ITO 타겟과 Zn 타겟을 동시에 스퍼터링하여 조성이 다른 박막을 증착하였다. ZITO (Zn-In-Sn-O)에서 Zn 농도가 달라졌을 때, 기초적인 물성 변화 값들을 확인하였다. Zn 농도가 12 ~ 54 at% 사이에 있을 때 비저항의 경우 1 x 10-3 Ω·cm 를 얻었고 550 nm 파장에서 투과도는 85 % 이상 이었다. 굴절률은 투과 스펙트럼으로부터 Swanepoel method를 이용하여 계산하였는데, 파장이 850 nm 에서 굴절률은 1.89~1.96 사이의 값을 얻었고, Zn 의 농도가 증가할수록 굴절률이 증가함을 알 수 있었다. 굴절률 데이터를 이용하여 bending 손실을 계산한 결과 곡률반경이 100 ㎛ 이하의 값을 갖더라도 손실은 0.1 dB이하의 값을 얻었다. 이는 광 분배기, 광 스위치, 광 모듈레이터, WDM(wavelength division multiplex) 등과 같은 광소자 제작이 가능함을 의미한다.
Flexible 기판 위에 ZITO박막을 상온과 150 °C 에서 증착하여 특성을 비교하였다. 기판 재료를 Flexible한 PES(polyether sulfone)기판위에 Zn의 함량이 다른 ZITO 박막을 RF 스퍼터를 이용하여 기판의 온도를 달리하면서 증착하여 전기적 광학적 특성과 결정 구조를 분석하였다. XRD 측정결과는 기판의 온도가 상온에서 150 ℃까지 변하였을 때, 증착된 ZITO 박막이 비정질이거나 약한 다결정 구조인 것을 보여준다. 23.6 Ω/□ 의 표면저항을 갖고, 550 nm 파장에서 87.2 %의 높은 투과 특성을 갖는 ZITO박막은 기판의 온도가 150 °C이고, Zn 함량이 43.2 % [Zn/(In+Zn+Sn)]이고 두께가 218 nm일 때 얻을 수 있었다. 전체적으로 Flexible 기판인 PES 위에 증착된 ZITO박막은 Flexible OLED에서 ITO 혹은 IZO 전극을 저가의 재료로 대처할 수 있을 뿐 아니라 다양한 Flexible 소자의 응용 가능할 것으로 기대된다.
Combinatorial 스퍼터를 이용하여 조성이 다른 WInZnO 박막을 합성하고 특성을 분석하였다. IZO 와 WO3 타겟을 스퍼터링할 때 서로 다른 파워를 사용하였다. W 조성비 [W/(In+Zn+W)] 는 3~30 at% 이였으며, 샘플의 두께는 WO3 타겟에서 멀어질수록 감소하였고, 광학 밴드갭 에너지는 점진적으로 증가하였는데, 이는 박막의 두께 감소의 영향으로 보여 졌다. 모든 WInZnO 박막은 W 조성비 [W/(In+Zn+W)]에 상관없이 비정질상을 나타냈다. WInZnO 박막에서 W 조성비[W/(In+Zn+W)]가 증가함에 따라 캐리어 농도가 제한되었는데 이는 전기적 저항이 커지기 때문이다. W 양이온은 전기적 특성을 결정짓는 특성으로 산소 공공의 축퇴되는 형태로 나타나는 산소이온의 바인더로 작용하였고, 결과적으로 W 금속 양이온이 도핑된 WInZnO 박막에서 캐리어 농도의 증가는 W 이온이 O 이온과의 결합, 즉 산소 결합체 (binder, W-O 결합체)를 형성하게 되어, WInZnO 박막의 캐리어 농도를 크게 좌우하는 산소공공 (Oxygen vacancies) 의 함량을 줄이게 됨으로써, 캐리어 농도가 감소되는 것으로 설명할 수 있다.
이온빔 보조 전자선 증착 방법으로 보조 이온빔의 에너지를 100 ~ 500 eV 로 변화시키면서 ZnO 박막을 증착하였다. 증착시킨 ZnO 박막의 비저항은 0.0027~0.023 Ohm∙cm2 이동도는 4.3 ~ 20.9 cm2/Vs 이었으며, 캐리어 농도는 5.6 x 1019 ~1.8 x 1020 cm-3 의 값을 얻었다. 열처리 후에 투과도가 증가하였으며, 광학 밴드갭은 3.24 ~ 3.26 eV를 얻었다. 이온빔 에너지가 100 eV 일 때는 XRD peak 가 (002)면만 나왔는데, 이온빔 에너지가 커질수록 (001)과 (101) 면의 피크가 관측되었다. 이 결과로부터 이온빔 보조 증착 법을 이용하여 낮은 온도에서 불순물을 도핑하지 않고 비교적 특성이 우수한 투명한 ZnO 전극물질의 합성이 가능함을 확인하였다.
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