[학위논문]RF-magnetron sputtering 으로 증착한 ZnO/Al/ZnO 다층박막의 광학적,전기적 특성 연구 A study on the optical and electrical characteristics for ZnO/Al/ZnO multilayer film deposited by RF-power magnetron sputtering원문보기
본 연구에서는 디스플레이와 태양전지에 사용되는 TCO물질중 ZnO박막의 단점을 보완하기 위해서 ZnO/Al/ZnO 다층박막으로 증착을 하였고 특성을 분석하였다. ZnO/Al/ZnO 다층박막은 RF-magnetron ...
본 연구에서는 디스플레이와 태양전지에 사용되는 TCO물질중 ZnO박막의 단점을 보완하기 위해서 ZnO/Al/ZnO 다층박막으로 증착을 하였고 특성을 분석하였다. ZnO/Al/ZnO 다층박막은 RF-magnetron sputtering 방법으로 증착하였고 고품질의 박막을 얻기 위해서 공정의 변수를 활용하여 박막의 전기적 광학적 특성을 조사하였다. 우선 AES분석을 통하여 ZnO/Al/ZnO 다층박막과 Al/ZnO 및 ZnO 단층박막의 구조를 확인하였고 600℃ 열처리를 통하여 Al의 열확산 정도를 분석하였다. Al층이 증착된 부분에서 Zn피크는 소폭 감소 하였고 O피크는 소폭 감소하였다 다시 소폭 증가하는 것을 확인할 수가 있다. 이는 Al층이 ZnO층으로 열확산 되어 침투할 때 Zn2+가 Al3+로 치환되어 Zn는 감소하고 O2-가 치환된 Al3+ 부근에서 집중 되는 것을 확인하였다. 이 결과로 ZnO/Al/ZnO 다층박막이 1.2×10-3 Ωcm의 가장 낮은 저항을 갖는 것을 4-point probe 로 측정하였다. 다음실험은 ZnO/Al/ZnO 다층박막에서 Al층의 두께를 변화시켜가며 박막의 그 특성을 분석하였다. Al층의 두께를 20nm에서 50nm로 선택적 증착을 하였고, 그 결과 Al층의 두께가 20nm에서 50nm로 증가할수록 2.99wt%에서 7.17wt%로 성분이 증가하는 것을 EDX 분석으로 확인하였다. 20nm에서 30nm로 증착될 경우 3.12wt%로 Al성분도 크게 증가하지 않았고 다층박막의 저항도 1.8×10-3 Ωcm로 크게 감소하지 않았다. 하지만 40nm이상 Al층이 증착될 경우 4.45wt%로 Al성분이 큰 폭으로 증가하였고 저항도 7.3×10-4 Ωcm 로 큰폭으로 감소하였다. 마지막으로, 저온성장을 위해서 600℃의 열처리를 하지 않고 증착온도를 25℃에서 400℃ 까지 변화시켜 ZnO/Al/ZnO 다층박막의 특성을 분석하였다. 박막 성장중 열에너지가 결정성 향상에 영향을 미치는 것을 XRD를 통하여 확인 하였고 표면의 grain의 변화를 FE-SEM 과 AFM을 통해서 관찰하였다. 그 결과 300℃이상에서 증착된 박막이 결정성 생성된 것을 확인하였고, 전기적 광학적 특성 또한 향상된 것을 확인하였다. 증착변수를 바꾸어가며 분석한 결과 TCO로써 활용 할 수 있는 전기적 광학적 특성을 확인하였고, 이를 통해 고품질의 ZnO/Al/ZnO 다층박막을 RF-magnetron sputtering 법으로 얻을 수 있는 것을 확인하였다.
본 연구에서는 디스플레이와 태양전지에 사용되는 TCO물질중 ZnO 박막의 단점을 보완하기 위해서 ZnO/Al/ZnO 다층박막으로 증착을 하였고 특성을 분석하였다. ZnO/Al/ZnO 다층박막은 RF-magnetron sputtering 방법으로 증착하였고 고품질의 박막을 얻기 위해서 공정의 변수를 활용하여 박막의 전기적 광학적 특성을 조사하였다. 우선 AES분석을 통하여 ZnO/Al/ZnO 다층박막과 Al/ZnO 및 ZnO 단층박막의 구조를 확인하였고 600℃ 열처리를 통하여 Al의 열확산 정도를 분석하였다. Al층이 증착된 부분에서 Zn피크는 소폭 감소 하였고 O피크는 소폭 감소하였다 다시 소폭 증가하는 것을 확인할 수가 있다. 이는 Al층이 ZnO층으로 열확산 되어 침투할 때 Zn2+가 Al3+로 치환되어 Zn는 감소하고 O2-가 치환된 Al3+ 부근에서 집중 되는 것을 확인하였다. 이 결과로 ZnO/Al/ZnO 다층박막이 1.2×10-3 Ωcm의 가장 낮은 저항을 갖는 것을 4-point probe 로 측정하였다. 다음실험은 ZnO/Al/ZnO 다층박막에서 Al층의 두께를 변화시켜가며 박막의 그 특성을 분석하였다. Al층의 두께를 20nm에서 50nm로 선택적 증착을 하였고, 그 결과 Al층의 두께가 20nm에서 50nm로 증가할수록 2.99wt%에서 7.17wt%로 성분이 증가하는 것을 EDX 분석으로 확인하였다. 20nm에서 30nm로 증착될 경우 3.12wt%로 Al성분도 크게 증가하지 않았고 다층박막의 저항도 1.8×10-3 Ωcm로 크게 감소하지 않았다. 하지만 40nm이상 Al층이 증착될 경우 4.45wt%로 Al성분이 큰 폭으로 증가하였고 저항도 7.3×10-4 Ωcm 로 큰폭으로 감소하였다. 마지막으로, 저온성장을 위해서 600℃의 열처리를 하지 않고 증착온도를 25℃에서 400℃ 까지 변화시켜 ZnO/Al/ZnO 다층박막의 특성을 분석하였다. 박막 성장중 열에너지가 결정성 향상에 영향을 미치는 것을 XRD를 통하여 확인 하였고 표면의 grain의 변화를 FE-SEM 과 AFM을 통해서 관찰하였다. 그 결과 300℃이상에서 증착된 박막이 결정성 생성된 것을 확인하였고, 전기적 광학적 특성 또한 향상된 것을 확인하였다. 증착변수를 바꾸어가며 분석한 결과 TCO로써 활용 할 수 있는 전기적 광학적 특성을 확인하였고, 이를 통해 고품질의 ZnO/Al/ZnO 다층박막을 RF-magnetron sputtering 법으로 얻을 수 있는 것을 확인하였다.
In this study, we analyzed characteristic the ZnO/Al/ZnO multilayer thin film deposition in order to complement the disadvantages of the TCO material in ZnO thin film to be used for the display and solar cells. ZnO/Al/ZnO multilayer thin film is deposited by RF-magnetron sputtering method. In order ...
In this study, we analyzed characteristic the ZnO/Al/ZnO multilayer thin film deposition in order to complement the disadvantages of the TCO material in ZnO thin film to be used for the display and solar cells. ZnO/Al/ZnO multilayer thin film is deposited by RF-magnetron sputtering method. In order to obtain a high-quality thin film, we using the process variables investigated the electrical and optical properties of thin films. First, the ZnO/Al/ZnO multilayer thin Al/ZnO and structure of the ZnO single layer thin film was confirmed through AES analysis to the thermal diffusion of Al through in heat treatment at 600 ℃. The following experiment analyzes the characteristics of the thin film while varying the thickness of the Al layer in ZnO/Al/ZnO multilayer thin films. As a result, we confirmed the thickness of the Al layer is increased 50 nm from 20 nm, the Al component increases 2.99wt% to 7.17wt% by EDX analysis. Finally, we analyzed by changing the deposition temperature to 400℃ from 25℃ ZnO/Al/ZnO multilayer thin films without heat treatment of 600 ℃ for low temperature growth. As a result, we confirmed that the thin film deposited at 300 ℃ or more, make sure that it has been crystalline product, electrical and optical properties has also been improved. Results of the analysis, while changing the deposition conditions, we confirmed electrical and optical properties utilized as a TCO. Accordingly, we confirmed that high-quality ZnO/Al/ZnO multilayer thin film obtained by RF-magnetron sputtering method.
In this study, we analyzed characteristic the ZnO/Al/ZnO multilayer thin film deposition in order to complement the disadvantages of the TCO material in ZnO thin film to be used for the display and solar cells. ZnO/Al/ZnO multilayer thin film is deposited by RF-magnetron sputtering method. In order to obtain a high-quality thin film, we using the process variables investigated the electrical and optical properties of thin films. First, the ZnO/Al/ZnO multilayer thin Al/ZnO and structure of the ZnO single layer thin film was confirmed through AES analysis to the thermal diffusion of Al through in heat treatment at 600 ℃. The following experiment analyzes the characteristics of the thin film while varying the thickness of the Al layer in ZnO/Al/ZnO multilayer thin films. As a result, we confirmed the thickness of the Al layer is increased 50 nm from 20 nm, the Al component increases 2.99wt% to 7.17wt% by EDX analysis. Finally, we analyzed by changing the deposition temperature to 400℃ from 25℃ ZnO/Al/ZnO multilayer thin films without heat treatment of 600 ℃ for low temperature growth. As a result, we confirmed that the thin film deposited at 300 ℃ or more, make sure that it has been crystalline product, electrical and optical properties has also been improved. Results of the analysis, while changing the deposition conditions, we confirmed electrical and optical properties utilized as a TCO. Accordingly, we confirmed that high-quality ZnO/Al/ZnO multilayer thin film obtained by RF-magnetron sputtering method.
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