광전 소자 응용을 위한 GZO/metal/GZO 다층 투명 전극의 광학 및 전기적 특성 연구 A study on the optical and electrical properties of GZO/metal/GZO multilayered transparent electrodes for photonic applications원문보기
광전 소자 응용 분야에서 투명 전도성 산화물 (Transparent Conducting Oxide: TCO) 전극은 상대적으로 낮은 전기 저항과 높은 광 투과율을 갖는 인듐 주석 산화물 (Indium Tin Oxide: ...
광전 소자 응용 분야에서 투명 전도성 산화물 (Transparent Conducting Oxide: TCO) 전극은 상대적으로 낮은 전기 저항과 높은 광 투과율을 갖는 인듐 주석 산화물 (Indium Tin Oxide: ITO)이 주로 사용되어왔다. 그러나 관련 산업 시장의 급격한 팽창과 함께 인듐 (Indium) 재료의 수요증가 및 관련 자원부족으로 가격경쟁력을 저하시키고 있다. 또한 ITO는 물리적 특성에서 플라즈마로 인한 수소취성이 문제점과 플렉시블 (flexible) 장치에 사용하는 측면에서도 막 균열현상이 있다. 이러한 이유로 오늘날 대체 TCO에 대한 요구가 학계 및 산업계에서 증대되고 있다. 특히 Ga이 첨가된 ZnO (GZO) 막은 비교적 양호한 광학 및 전기적 특성을 가진다. Zn 원자는 지구의 지각에 풍부하게 존재하기 때문에 낮은 생산 가격으로 사용할 수 있다. 그러나 GZO 박막은 특성을 제어하는데 있어 어렵다는 단점이 있다. 이러한 문제로 인해 이전 다른 연구에서는 매우 얇은 금속층을 삽입하여 안정된 전기적 특성을 갖게 되는 산화물/금속/산화물 (OMO) 다층 전극을 형성하기 위한 연구가 진행되었다. 따라서 본 연구는 Ga이 첨가된 ZnO에 metal(Pt, Mo)을 삽입하여 유리가판과 플렉시블 플라스틱기판 상에 GZO/metal/GZO(GMG: GPG or GMG) 다층 투명전극에 관한 연구를 시행하였고 금속층의 두께 변화와 기판의 변화에 따라 전기적 및 광학적 특성에 어떠한 영향을 미치는지 알아보았다. 또한 다양한 분위기에서 후 열처리를 통해 전기 및 광학적 특성을 평가하였다. GZO 층과 금속 층은 RF/DC magnetron sputtering 방법을 통하여 GZO 층은 40 nm로 고정하였고 금속 층은 4~8 nm로 증착하였다. 금속을 삽입한 GZO 전극은 금속 층의 두께는 수 nm 이었지만, 현저하게 저항이 낮아졌다. 그러나 GMG 전극의 광학적 특성은 금속 층의 두께를 증가시킬수록 상당히 저하했다. 유리기판 상의 GZO 막과 GMG 다층 투명 전극의 구조적, 광학적 및 전기적 특성을 연구하기 위해, 열처리 분위기 및 온도에 변화를 주어 진행하였다. 후열처리는 각각 진공분위기, 질소분위기, 아르곤분위기에서 RTA(rapid thermal annealing)를 통해 진행하였다. 질소분위기에서의 후열처리는 GZO 막과 GMG 다층 투명 전극의 가장 높은 투과율과 낮은 전기적 특성을 나타내었다. 질소분위기 400℃에서 Pt 4 nm 두께를 삽입한 GPG 구조에서 78%의 비교적 좋은 투과율 및 3.5×10-3 Ω·㎝의 비저항을 나타내었다. 또한 터치 센서 장치는 GPG 구조 및 유연한 플라스틱 기판을 이용하여 제작 하였다. 터치 센서 장치는 손가락 터치 전후의 두 상태 사이의 1.4 용량 비율을 보여 주었다.
광전 소자 응용 분야에서 투명 전도성 산화물 (Transparent Conducting Oxide: TCO) 전극은 상대적으로 낮은 전기 저항과 높은 광 투과율을 갖는 인듐 주석 산화물 (Indium Tin Oxide: ITO)이 주로 사용되어왔다. 그러나 관련 산업 시장의 급격한 팽창과 함께 인듐 (Indium) 재료의 수요증가 및 관련 자원부족으로 가격경쟁력을 저하시키고 있다. 또한 ITO는 물리적 특성에서 플라즈마로 인한 수소취성이 문제점과 플렉시블 (flexible) 장치에 사용하는 측면에서도 막 균열현상이 있다. 이러한 이유로 오늘날 대체 TCO에 대한 요구가 학계 및 산업계에서 증대되고 있다. 특히 Ga이 첨가된 ZnO (GZO) 막은 비교적 양호한 광학 및 전기적 특성을 가진다. Zn 원자는 지구의 지각에 풍부하게 존재하기 때문에 낮은 생산 가격으로 사용할 수 있다. 그러나 GZO 박막은 특성을 제어하는데 있어 어렵다는 단점이 있다. 이러한 문제로 인해 이전 다른 연구에서는 매우 얇은 금속층을 삽입하여 안정된 전기적 특성을 갖게 되는 산화물/금속/산화물 (OMO) 다층 전극을 형성하기 위한 연구가 진행되었다. 따라서 본 연구는 Ga이 첨가된 ZnO에 metal(Pt, Mo)을 삽입하여 유리가판과 플렉시블 플라스틱기판 상에 GZO/metal/GZO(GMG: GPG or GMG) 다층 투명전극에 관한 연구를 시행하였고 금속층의 두께 변화와 기판의 변화에 따라 전기적 및 광학적 특성에 어떠한 영향을 미치는지 알아보았다. 또한 다양한 분위기에서 후 열처리를 통해 전기 및 광학적 특성을 평가하였다. GZO 층과 금속 층은 RF/DC magnetron sputtering 방법을 통하여 GZO 층은 40 nm로 고정하였고 금속 층은 4~8 nm로 증착하였다. 금속을 삽입한 GZO 전극은 금속 층의 두께는 수 nm 이었지만, 현저하게 저항이 낮아졌다. 그러나 GMG 전극의 광학적 특성은 금속 층의 두께를 증가시킬수록 상당히 저하했다. 유리기판 상의 GZO 막과 GMG 다층 투명 전극의 구조적, 광학적 및 전기적 특성을 연구하기 위해, 열처리 분위기 및 온도에 변화를 주어 진행하였다. 후열처리는 각각 진공분위기, 질소분위기, 아르곤분위기에서 RTA(rapid thermal annealing)를 통해 진행하였다. 질소분위기에서의 후열처리는 GZO 막과 GMG 다층 투명 전극의 가장 높은 투과율과 낮은 전기적 특성을 나타내었다. 질소분위기 400℃에서 Pt 4 nm 두께를 삽입한 GPG 구조에서 78%의 비교적 좋은 투과율 및 3.5×10-3 Ω·㎝의 비저항을 나타내었다. 또한 터치 센서 장치는 GPG 구조 및 유연한 플라스틱 기판을 이용하여 제작 하였다. 터치 센서 장치는 손가락 터치 전후의 두 상태 사이의 1.4 용량 비율을 보여 주었다.
As transparent conducting oxide (TCO) electrodes of photonic applications, indium tin oxide (ITO) has been primarily employed because it has relatively low electrical resistivity and high optical transmittance. However, rapid expansion of the related markets has caused a shortage of indium. Also, IT...
As transparent conducting oxide (TCO) electrodes of photonic applications, indium tin oxide (ITO) has been primarily employed because it has relatively low electrical resistivity and high optical transmittance. However, rapid expansion of the related markets has caused a shortage of indium. Also, ITO has film cracking phenomenon in the use of flexible devices and embrittlement problem in a hydrogen plasma environment. For these reasons, nowadays there exists demand for alternative TCO materials. In particular, Ga-doped ZnO (GZO) films have comparably good optical and electrical performances and they have a low fabrication price because Zn atoms are abundant in the earth’s crust. However, GZO has the drawback of difficulty in controlling the properties. In the earlier study, a very thin metal layer was introduced for the formation of oxide-metal-oxide(OMO) multi-layered electrodes in order to guarantee a stable electrical resistivity. In this study, we have proposed, prepared, and characterized metal-inserted Ga-doped ZnO (GZO) transparent electrodes of GZO/metal(Pt, Mo)/GZO (GMG: GPG or GMG) multilayers on glass and flexible plastic substrates. Pt-inserted GZO electrodes showed remarkably decreased resistivity although the thickness of the Pt layer was only a few nm. However, the optical transmittance of the GMG electrodes was rather degraded with increasing thickness of the Pt layer. The structural, optical, and electrical properties of GZO film and GMG multilayered transparent electrodes on glass substrate were largely affected by post-annealing conditions such as environment and temperature. Post-annealing in N2 ambient was the most effective for high optical transmittance and low electrical resistivity of GZO films and GMG structure. Good optical transmittance of 78% and electrical resistivity of 3.5×10-3 Ω·cm of GZO electrode could be obtained for the 4-nm-thick Pt insertion layer and the post-annealing at 400℃. In addition, touch sensor devices were fabricated by using GPG structures and flexible plastic substrates. The touch sensor devices exhibited a capacitance ratio of 1.4 between the two states before and after fingertip touching.
As transparent conducting oxide (TCO) electrodes of photonic applications, indium tin oxide (ITO) has been primarily employed because it has relatively low electrical resistivity and high optical transmittance. However, rapid expansion of the related markets has caused a shortage of indium. Also, ITO has film cracking phenomenon in the use of flexible devices and embrittlement problem in a hydrogen plasma environment. For these reasons, nowadays there exists demand for alternative TCO materials. In particular, Ga-doped ZnO (GZO) films have comparably good optical and electrical performances and they have a low fabrication price because Zn atoms are abundant in the earth’s crust. However, GZO has the drawback of difficulty in controlling the properties. In the earlier study, a very thin metal layer was introduced for the formation of oxide-metal-oxide(OMO) multi-layered electrodes in order to guarantee a stable electrical resistivity. In this study, we have proposed, prepared, and characterized metal-inserted Ga-doped ZnO (GZO) transparent electrodes of GZO/metal(Pt, Mo)/GZO (GMG: GPG or GMG) multilayers on glass and flexible plastic substrates. Pt-inserted GZO electrodes showed remarkably decreased resistivity although the thickness of the Pt layer was only a few nm. However, the optical transmittance of the GMG electrodes was rather degraded with increasing thickness of the Pt layer. The structural, optical, and electrical properties of GZO film and GMG multilayered transparent electrodes on glass substrate were largely affected by post-annealing conditions such as environment and temperature. Post-annealing in N2 ambient was the most effective for high optical transmittance and low electrical resistivity of GZO films and GMG structure. Good optical transmittance of 78% and electrical resistivity of 3.5×10-3 Ω·cm of GZO electrode could be obtained for the 4-nm-thick Pt insertion layer and the post-annealing at 400℃. In addition, touch sensor devices were fabricated by using GPG structures and flexible plastic substrates. The touch sensor devices exhibited a capacitance ratio of 1.4 between the two states before and after fingertip touching.
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