[논문]제작 온도 및 산소 분압에 의존하는 인듐 주석 산화물의 전기적, 광학적 성질

황석민; 주홍렬; 박장우

doi:10.3807/kjop.2003.14.3.343

제작 온도 및 산소 분압에 의존하는 인듐 주석 산화물의 전기적, 광학적 성질
Transport and optical properties of indium tin oxide films fabricated by reactive magnetron sputtering 원문보기

한국광학회지 = Korean journal of optics and photonics, v.14 no.3, 2003년, pp.343 - 348

황석민 (연세대학교 물리학과) , 주홍렬 (연세대학교 물리학과) , 박장우 (한밭대학교 공업화학과)

초록
AI-Helper

자체 제작한 고밀도(이론 밀도의 99%) ITO(I $n_2$ $O_3$:Sn $O_2$=90 wt%) 타깃과 직류 마그네트론 스퍼터링 방법을 이용하여 산소분압 $P_{o_{2}}$ (0 $P_{o_{2}}$ $\leq$$10^{-5}$ torr)와 성장 온도 Ts(10$0^{\circ}C$ $T_{s}$$\leq$35$0^{\circ}C$)를 변화시키면서 ITO 박막을 제작하고 전기적, 광학적 특성을 조사하였다. ITO박막의 비저항은 제작 온도가 증가함에 따라 감소하다가 $T_{s}$=30$0^{\circ}C$일 때 최저 비저항값 0.30 mΩ.cm를 나타내었고 $T_{s}$>30$0^{\circ}C$ 이상에서는 약간 증가하였다. $T_{s}$=30$0^{\circ}C$에서 제작한 ITO 박막의 최대 전하 농도는 6.6$\times$$10^{20}$ /㎤이었다. $T_{s}$를 고정하고 ITO 박막 제작 시 사용한 산소분압이 증가함에 따라 전하농도, 전하유동도는 급격하게 감소하여 비저항이 크게 증가하는 것으로 나타났다 ITO박막의 최저 비저항과 최대 전하 유동도는 각각 0.3 mΩ.cm와 39.3 $\textrm{cm}^2$/V.s였다. 또한 가시광 영역 (400~700 nm)에서 ITO박막의 광투과도는 80~90%로 높게 나타났다.나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

Indium tin oxide (ITO) thin films (170 nm) were grown by DC magnetron sputtering deposition on Coming glass substrates without a post annealing. The electrical transport and optical properties of the films have been investigated as a function of deposition temperature $T_{s}$ (10$0^{\circ}C$$\leq$ $T_{s}$$\leq$35$0^{\circ}C$) and oxygen partial pressure $P_{o_{2}}$, (0 $P_{o_{2}}$ $\leq$ 10$^{-5}$ torr). Films were deposited from a high density (99% of theoretical density) ITO target (I $n_2$ $O_3$: Sn $O_2$= 90 wt% : 10 wt%) made of ITO nano powders. With an increase of $T_{s}$ the electrical resistivity p of ITO thin films was found to decrease, but the mobility $\mu$$_{H}$ was found to increase. The carrier density nu shows the maximum value of 6.6$\times$10$^{20}$ /㎤ at $T_{s}$ = 30$0^{\circ}C$. At fixed Is, with an increase of the oxygen partial pressure, $n_{H}$ and $\mu$$_{H}$ were found to decrease, but p was found to increase. The minimum resistivity and maximum mobility values of the ITO films were found to be 0.3 mΩ.cm and 39.3 $\textrm{cm}^2$/V.s, respectively. The visible transmittance of the ITO films was above 80%.. 80%..

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 연구에서는 나노 분말을 사용하여 고밀도 이론 밀도의 99%) ITO 타깃을 제조하고, 이 ITO 타깃과 반응성 직류마그네트론 스퍼터링법을 이용하여 Ar/C>2 혼합비와 성장온도 Ts(100℃< 350℃)를 변화시키면서, ITO 박막을 제작하고, 전기적 광학적 특성에 관한 연구를 수행하였으며, 이를 통하여 국내의 ITO 타깃 제작과 투명전도막 연구의 폭을 넓히고자 하였다.

가설 설정

그림 4. Ar 유량 50 seem, 증착 압력을 5 mtorr, 산소유량 = 0으로 고정한 후 제작온도 Ts를 KXTC에서 35UC까지 변화시키면서 제작한 ITO 박막의 van der Pauw Hall 측정에 의한 (a) 전 기 비저항p, (b) 전 하 농도 R와 전하유동도 HH.

제안 방법

ITO 박막의 전기 비저항은 제작온도가 같은 경우 산소유 량이 0에서 제작한 시료가 최저비저항을 가지므로 산소유량 을 Q으로 고정한 후 제작온도를 달리하여 ITO 박막을 제작하였다. 그림4는 박막 제조 온도를 달리하여 제작한 ITO 박막의 p, 明와 阳/를 보여주고 있다.
02。간격으로 20。M20M60。의 영역을 측정하였다. ITO 박막의 표면 상태를 관측하기 위하여 원자력 간 현미경(AFM)을 사용하였으며, 상온에서 van der Pauw 방법에 의한 Hall 측정을 통하여 전기 저항(p), 전하농도 (叫)와 전하 유동도를 조사하였다. 광투과도를 측정을 위하여 백색광원인 Xe 램프(150 W)를 사용하여 350~900nm까지 파장을 변화시키면서 파장 변화에 따른 광투과도 측정을 하였다.
ITO 박막의 표면 상태를 관측하기 위하여 원자력 간 현미경(AFM)을 사용하였으며, 상온에서 van der Pauw 방법에 의한 Hall 측정을 통하여 전기 저항(p), 전하농도 (叫)와 전하 유동도를 조사하였다. 광투과도를 측정을 위하여 백색광원인 Xe 램프(150 W)를 사용하여 350~900nm까지 파장을 변화시키면서 파장 변화에 따른 광투과도 측정을 하였다.
5 seem (산소분압 범위 : Otorr~5X 10-5torr 또는 OJAr 혼합비 :0M p% 〃>而三 1/100)까지 변화시키면서 시료제작 온도 lOCTCM 矣三 35。。0에서 ITO 박막을 제작하였다. 박막두께 측정을 위하여 a-step을 사용하였으며 박막의 구조와 결정성을 조사하기 위하여 X-선 회절 장치(XRD)를 사용하였다. XRD의 주사 속도는 분당 0.
제작 온도와 산소유량에 의존하는 ITO 박막의 표면형상을 관측하기 위하여 AFM 측정을 하였고 그림 1은 대표적인 AFM 사진을 보여주고 있다. 그림 1(a), (b), (c)는 산소유량= 0으로 고정한 후 Ts= 100℃, 300℃, 350。(2에서 제작한 ITO 박막의 AFM 사진이고, 그림 1(d)는 산소유량 =0.
직류스퍼터링 방법으로 성장온도 Ts(100℃<Tse350℃) 와 산소유량(0 sccmM산소유량M0.5 seem)을 변화시키면서 제작한 ITO 박막의 전기적, 광학적 특성을 조사하였다. ITO 박막의 최대 전 하농도, 최대 전하 유동도, 최소 전기 비저항은 각각 6.

대상 데이터

본 실험에서 사용한 ITO(In2C)3:SnO₂=90wt%:10wt%) 타깃은 나노신소재(주)에서 구입한 1차 입경이 10 nm이고 2차 입경이 300-400 nm인 ITO 나 노 분말을 상온에서 유압 프레 스와 cold isostatic press를 사용하여 압착한 후, 1550℃에서 24시간 열처리하여 제작하였으며, 타깃의 크기는 2”(지름)X 0.25"(두께), 밀도는 이론 밀도의 99%였다. 이 ITO 타겟을 사용하여 반응성 직류마그네트론 스퍼터링 방법으로 ITO박막 을 제작하였으며, 기판은 TFT-LCD 제작에 사용하는 코닝유 리를 사용하였다.
25"(두께), 밀도는 이론 밀도의 99%였다. 이 ITO 타겟을 사용하여 반응성 직류마그네트론 스퍼터링 방법으로 ITO박막 을 제작하였으며, 기판은 TFT-LCD 제작에 사용하는 코닝유 리를 사용하였다. 반응성 직류마그네트론 스퍼터링 장비의 초기 진공도는 2X IO% torr로 유지하였으며 ITO박막의 증착 속도와 두께는 약 3.
6A/sec, 약 170nm다. 코닝유리 기판 세척은 아세톤, 에탄올, 메탄올, 증류 수 순으로 각 단계마다 5분간 초음파 세척을 한 후 고순도(99.999%)의 질소기체를 분사하여 기판 표면을 건조시킨 후 사용하였다. 증착 압력, 전류, 전압 및 Ar 유량을 각각 5 mTorr, 150 mA, 270 V 50 seem으 로 고정시킨 후 산소유량을 0에서 0.

성능/효과

s에 달하였다. 明가 250。(2에서 제작된 시료에서 최대 값이 관측되고 冋는 350℃ 에서 제작된 시료에서 관측되었기 때문에, 전기비저항 p=l/ 独加은 临曲가 최대화되는 300%: 에서 제작한 시료가 최소값을 가지는 것으로 나타났다. 250℃ 이상에서 제작한 ITO 박막의 경우는 明는 “에 따라 감소하지만 即가 커서 P가 작은 것으로 관측되었는데 이는 투명전도막의 특징이 높은 광투과도와 전기전도성을 동시에 가지는 것을 고려할 때 작은 전하농도와 함께 높은 전하유동도를 가지는 것이 더 높은 광투과도를 가지게 되므로 고온(7, >250℃)에서 제작한 ITO 박막의 특성이 저온(公<250。0에서 제작한 ITO 박막보다 대체로 우수하다고 판단된다.
그림 6은 제작 온도와 산소유량을 변화시키면서 제작한 두께가 약 170 nm인 ITO 박막의 350-900 nm 영역에서의 광투과도를 보여주고 있다. 200。(:에서 제작한 ITO를 제외한 모든 시료의 가시광선 영역인 400-700 nm에서의 광투과율은 80~90%로서 우수하였다. 파장이 430 nm 부근에서의 광투과율이 최고이고, 파장이 증가할수록 떨어지다가 530 nm 부근에서 최저의 광투과율을 나타내고 파장이 다시 증가함에 따라 광투과율이 증가하는 것으로 관측되었는데 이는 빛의 간섭 현상 때문으로 추정된다.
그림6(a)에 나타난 바와 같이 상대적으로 전하농도가 낮은 100℃, 300℃, 35(TC에서 제작한 시료의 장파 장 영역의 광투과도가 전하농도가 상대적으로 높은 250 ℃에서 제작한 시료보다 큰 것으로 나타났는데 이는 전 도 농도 커짐에 따라 전하에 의한 흡수도 증가하기 때문으로 판단된다. 또한 그림 6(b)에 나타난 바와 같이 30CTC에서 산소 유량을 변화시키면서 제작한 ITO 박막의 경우도 장파장 영역의 광투과도는 전하농도가 최대값을 가지는 산소유량(= 0.0 seem)에서 제작한 시료가 최소값을 보이는 것으로 나타났다.
ITO 박막을 제작 온도 200℃, 250℃, 30CTC에서 산소 유 량을 0 seem에서 0.5 seem(산소 분압 범위 :0 torr-SXlO-5 torr)까지 변화시키면서 제작하고 전기 비저항을 측정한 결과 모든 제작 온도에서 산소유량이 최소일 때 (산소 유량 =。일 때) 최저비저항을 가지는 것으로 나타났다. 또한 이들 제작 온도에서 같은 산소유량을 사용한 경우 30(TC에서 제작한 시료가 가장 낮은 비저항값을 가지는 것으로 나타났다.
2 nm였다. Ts= 10CTC에서 제작한 시료는 비정질이었고 (그림 5참조) 이 비정질 박막의 RMS 표면 거칠기와 최고- 최저 높이차가 다른 조건으로 제작한 결정질 시료보다 작은 것으로 판단된다. ITO의 결정화되는 온도인 150℃ 이상에서 제작한 시료는 표면형상은 유사하나 RMS 표면 거칠기와 최고- 최저 높이차는 제작 온도에 따라 증가하였다.
제작 온도를 변화시키면서 제작한 ITO 박막의 경우 제작온도가 증가함에 따라 전기비저항은 감소하고 전하 유동도는 증가하는 것으로 나타났다. rro 박막의 광투과율은 가시 광영역에서 80~90%이었으며, 전하농도의 증가와 더불어 광투과율은 다소 감소하는 경향을 보였다.
cm였다. 동일 온도에서 제작한 ITO 박막의 경우 산소유량이 적을수록 전하농도, 전하유동도는 크게 나타났으며, 전기비저항은 작게 나타났다. 제작 온도를 변화시키면서 제작한 ITO 박막의 경우 제작온도가 증가함에 따라 전기비저항은 감소하고 전하 유동도는 증가하는 것으로 나타났다.
5 seem(산소 분압 범위 :0 torr-SXlO-5 torr)까지 변화시키면서 제작하고 전기 비저항을 측정한 결과 모든 제작 온도에서 산소유량이 최소일 때 (산소 유량 =。일 때) 최저비저항을 가지는 것으로 나타났다. 또한 이들 제작 온도에서 같은 산소유량을 사용한 경우 30(TC에서 제작한 시료가 가장 낮은 비저항값을 가지는 것으로 나타났다. 그림2는 30(TC에서 제작한 ITO 박막의 산소유량에 의존하는 전기 비저항(P), 전흐)농도(明)와 전하유동도 (“H)를 보여주고 있다.
또한 산소유량 증가에 따라 알갱이의 크기가 커지는 것은 산소유량이 클수록 결정이 용이하게 자라기 때문으로 판단된다. 모든 ITO 박막의 두께가 약 170nm인 것을 고려하면 RMS 표면 거칠기는 박막두께의 2%보다 작은 것으로 나타났다.
그림4는 박막 제조 온도를 달리하여 제작한 ITO 박막의 p, 明와 阳/를 보여주고 있다. 상온에서 제작한 ITO 박막의 비저항은 1.3 mQ - cm이었고 제작온도가 높아질수록 는 감소하여 7s=300℃에서 제작한 ITO 시료의 p는 최소 값 0.3 mQ・cm이었고 八가 35CTC인 경우는 p가 약간 증가하였다. 明는 상온에서 제작한 ITO 시료의 경우 4.
동일 온도에서 제작한 ITO 박막의 경우 산소유량이 적을수록 전하농도, 전하유동도는 크게 나타났으며, 전기비저항은 작게 나타났다. 제작 온도를 변화시키면서 제작한 ITO 박막의 경우 제작온도가 증가함에 따라 전기비저항은 감소하고 전하 유동도는 증가하는 것으로 나타났다. rro 박막의 광투과율은 가시 광영역에서 80~90%이었으며, 전하농도의 증가와 더불어 광투과율은 다소 감소하는 경향을 보였다.

참고문헌 (9)

K. L. Chopra, S. Major, and D. K. Pandya, “Transparent Conductors-A Status Review,” Thin Solid Films, vol. 102, no 1, pp. 1-35, 1983.

상세보기
Gee Sung Chae, “A Modified Transparent Conducting Oxide for Flat Panel Displays Only,” Jpn. J. Appl. Phys. vol 40, no 3A, pp 1282-1286, 2001.

상세보기
Roy G. Gordon, “Criteria for Choosing Transparent Conductors,” MRS Bull. vol 25, no. 16, pp. 52-57, 2000.
Brian G. Lewis and David C. Paine, “Applications and Processing of Transparent Conducting Oxides” MRS Bull. vol 25, no. 16, pp. 22-27 2000.
David S. Ginley and Clark Bright, “Transparent Conducting Oxides,” MRS Bull. vol 25, no. 16, pp. 15-18, 2000.
H. Kim, C. M. Gilmore, A. Pique, J. S. Horwitz, H. Mattoussi, H. Murata, Z. H. Kafafi, D. B. Chrisey, “Electrical, optical, and structural properties of indium-tin-oxide thin films for organic light-emitting devices,” J. Appl. Phys. vol 86, no. 11, pp. 6451-6461, 1999.

상세보기
Hyo-Young Yeom, Natasha Popovich, Eric Chason, David C. Paine, “A study of effect of process oxygen on stress revolution in d.c. magnetron-deposited tin-doped indium oxide,” Thin Solid Films vol 411, 17-22, 2000.

상세보기
M. Yan, M. Lane, C. R. Kannewurf, and R. P. H. Chang, “Highly conductive epitaxial CdO thin films prepared by pulsed laser deposition,” Appl. Phys. Lett. vol 78, no.16, pp. 2342-2344, 2001.

상세보기
David C. Paine, T. Whitson, D. Janiac, R. Beresford, and Cleva Ow Yang, “A study of low temperature crystallization of amorphous thin film indium-tin-oxide,” J. Appl. Phys. vol 85, no. 12, pp. 8445-8450, 1999.

상세보기

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증