본 연구에서는 양산이 가능한 RF-스퍼터를 이용하여 ZnO와 AZO박막을 GaN(0001), Al2O3(0001), Si(001), GaAs(001), glass 기판 위에 성장시켰다. 이종 기판의 특성이 ZnO의 박막에 미치는 영향, 증착조건이 AZO 박막에 미치는 영향과 열처리가 ZnO와 AZO 박막의 미치는 영향을 연구했다. ZnO는 3.37eV의 직접천이형 ...
본 연구에서는 양산이 가능한 RF-스퍼터를 이용하여 ZnO와 AZO박막을 GaN(0001), Al2O3(0001), Si(001), GaAs(001), glass 기판 위에 성장시켰다. 이종 기판의 특성이 ZnO의 박막에 미치는 영향, 증착조건이 AZO 박막에 미치는 영향과 열처리가 ZnO와 AZO 박막의 미치는 영향을 연구했다. ZnO는 3.37eV의 직접천이형 밴드갭, 61meV의 여기자 결합 에너지, wurtzite구조를 갖는 II-VI족 화합물 반도체로서 자연적 결함에 의해 n형 전기전도도를 띄어 자외선과 청색 발광소자, 트랜지스터, TCO등으로 주목 받고 있다. AZO(Al-doped ZnO)는 박막 성장시 Zni과 Vo의 자연적 결함으로 n형 전기전도도를 띄는 ZnO에 III족 원소인 Al을 첨가하여 n형 전기전도도를 효과적으로 제어해 ITO를 대체할 수 있는 TCO 재료로 주목 받고 있다. ZnO는 동종기판이 아직 연구 단계이며 가격이 매우 비싸 동종에피택시 대신 GaN, Al2O3, Si, GaAs, glass등 다양한 이종 기판 위에서 성장한다. GaN와 Al2O3, 기판은 ZnO와 같거나 비슷한 결정구조를 갖고 1.8%의 매우 작은 격자 불일치률과 에피택시기술의 개발로 고품질 ZnO 박막 성장이 가능하지만 가격이 비싼 단점을 갖고 있다. Si, GaAs, glass 기판은 가격이 매우 저렴하고 대면적 기판생산이 가능해 양산에 적합하지만 ZnO의 육방정 구조의 wurtzie와는 다른 입방정 구조, 또는 비정질의 diamond, zincblnde, amorphous 결정구조를 가진 단점을 갖고 있다. RF-스퍼터를 이용하여 GaN(0001), Al2O3(0001), Si(001), GaAs(001), glass 기판 위에 성장한 ZnO와 AZO 박막을 AFM, XRD, HR-XRD, 10K PL, ellipsometer, SIMS, UV-Vis spectroscopy, hall measurement를 통해 측정했다. 기판의 특성과 증착조건에 상관없이 균일한 나노크기의 입자로 이루어진 표면과 기판에 수평한 ZnO(0002)면과 ZnO(0004)면만 회절하여 기판에 수직한 c-축방향으로 우선성장방향을 가지며, 기판과 박막사이의 특성 차이에 의해 ZnO 박막이 GaN와 Al2O3 기판 위에서는 단결정을, Si과 GaAs 기판위에서는 다결정성장을 확인했다. 또한, 증착조건의 변화가 AZO 박막의 거칠기, 두께, 투과도등에 영향을 미치며 AZO 박막의 결함을 조절하여 캐리어 보상에 따른 전기전도도 제어를 확인했다. 마지막으로 열처리를 통하여 특정온도(Si 기판은 900℃, GaAs 기판은 700℃)에서 기판의 원자가 ZnO 박막으로 확산되며 입자성장, 거칠기 증가, 중간화합물생성, 광특성향상 이종계면붕괴등의 급격한 변화를 유도함과 AZO 박막의 결함을 조절하여 캐리어 보상에 따른 전기전도도 제어에 미치는 영향을 확인했다. 또한, 기판 온도와 열처리 온도가 다른 증착조건보다 AZO 박막의 전기전도도에 큰 영향을 미침을 확인했다.
본 연구에서는 양산이 가능한 RF-스퍼터를 이용하여 ZnO와 AZO 박막을 GaN(0001), Al2O3(0001), Si(001), GaAs(001), glass 기판 위에 성장시켰다. 이종 기판의 특성이 ZnO의 박막에 미치는 영향, 증착조건이 AZO 박막에 미치는 영향과 열처리가 ZnO와 AZO 박막의 미치는 영향을 연구했다. ZnO는 3.37eV의 직접천이형 밴드갭, 61meV의 여기자 결합 에너지, wurtzite구조를 갖는 II-VI족 화합물 반도체로서 자연적 결함에 의해 n형 전기전도도를 띄어 자외선과 청색 발광소자, 트랜지스터, TCO등으로 주목 받고 있다. AZO(Al-doped ZnO)는 박막 성장시 Zni과 Vo의 자연적 결함으로 n형 전기전도도를 띄는 ZnO에 III족 원소인 Al을 첨가하여 n형 전기전도도를 효과적으로 제어해 ITO를 대체할 수 있는 TCO 재료로 주목 받고 있다. ZnO는 동종기판이 아직 연구 단계이며 가격이 매우 비싸 동종에피택시 대신 GaN, Al2O3, Si, GaAs, glass등 다양한 이종 기판 위에서 성장한다. GaN와 Al2O3, 기판은 ZnO와 같거나 비슷한 결정구조를 갖고 1.8%의 매우 작은 격자 불일치률과 에피택시기술의 개발로 고품질 ZnO 박막 성장이 가능하지만 가격이 비싼 단점을 갖고 있다. Si, GaAs, glass 기판은 가격이 매우 저렴하고 대면적 기판생산이 가능해 양산에 적합하지만 ZnO의 육방정 구조의 wurtzie와는 다른 입방정 구조, 또는 비정질의 diamond, zincblnde, amorphous 결정구조를 가진 단점을 갖고 있다. RF-스퍼터를 이용하여 GaN(0001), Al2O3(0001), Si(001), GaAs(001), glass 기판 위에 성장한 ZnO와 AZO 박막을 AFM, XRD, HR-XRD, 10K PL, ellipsometer, SIMS, UV-Vis spectroscopy, hall measurement를 통해 측정했다. 기판의 특성과 증착조건에 상관없이 균일한 나노크기의 입자로 이루어진 표면과 기판에 수평한 ZnO(0002)면과 ZnO(0004)면만 회절하여 기판에 수직한 c-축방향으로 우선성장방향을 가지며, 기판과 박막사이의 특성 차이에 의해 ZnO 박막이 GaN와 Al2O3 기판 위에서는 단결정을, Si과 GaAs 기판위에서는 다결정성장을 확인했다. 또한, 증착조건의 변화가 AZO 박막의 거칠기, 두께, 투과도등에 영향을 미치며 AZO 박막의 결함을 조절하여 캐리어 보상에 따른 전기전도도 제어를 확인했다. 마지막으로 열처리를 통하여 특정온도(Si 기판은 900℃, GaAs 기판은 700℃)에서 기판의 원자가 ZnO 박막으로 확산되며 입자성장, 거칠기 증가, 중간화합물생성, 광특성향상 이종계면붕괴등의 급격한 변화를 유도함과 AZO 박막의 결함을 조절하여 캐리어 보상에 따른 전기전도도 제어에 미치는 영향을 확인했다. 또한, 기판 온도와 열처리 온도가 다른 증착조건보다 AZO 박막의 전기전도도에 큰 영향을 미침을 확인했다.
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