[논문]PES 기판상에 증착된 AZO 박막의 특성

김상모; 김경환

doi:10.4313/jkem.2007.20.12.1072

PES 기판상에 증착된 AZO 박막의 특성
Properties of AZO Thin Film deposited on the PES Substrate 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.20 no.12, 2007년, pp.1072 - 1076

김상모 (경원대학교 전기공학과) , 김경환 (경원대학교 전기공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

We prepared the Al doped ZnO (AZO) thin film on polyethersulfon (PES) without any substrate heating by Facing Targets Sputtering (FTS) system. FTS system has two different facing targets. One is ZnO doped the content of Al 2 wt% and the other is Zn in order to decrease resistivity. The electrical, structural and optical properties of AZO thin films were investigated. To evaluate the as-deposited thin film properties, we employed four-point probe (CMT-R100nw, Changmin), Surface profiler (Alpha-step, Tencor), UV/VIS spectrometer (HP), X-ray diffractometer (XRD, Rigaku) and Field Emission Scanning Electron Microscopy (FESEM, Hitachi S-4700). As a result, We obtained that AZO thin film deposited on PES substrate at a DC Power of 150 W, working pressure of 1 mTorr and $O_2$ gas flow ratio of 0.2 exhibited the resistivity of $4.2{\times}10^{-4}\;[{\Omega}cm]$ and the optical transmittance of about 85 % in the visible range.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

것이다. FTS 장치는 기판과 타겟이 마주보고 있는 기존의 스퍼터링 장치와는 달리 두 개의 타겟이 서로 마주 보게 하고, 뒷면에는 영구자석을 장착하여 플라즈마를 이곳에 생성시켰다. 그리고 기판은 두 타겟사이의 중심에서 수직한 곳에 위치하여 박막을 증착시겼다.
FTS 장치는 기판과 타겟이 마주보고 있는 기존의 스퍼터링 장치와는 달리 두 개의 타겟이 서로 마주 보게 하고, 뒷면에는 영구자석을 장착하여 플라즈마를 이곳에 생성시켰다. 그리고 기판은 두 타겟사이의 중심에서 수직한 곳에 위치하여 박막을 증착시겼다. FTS의 양 타겟의 뒷면에 장착된 영구자석의 자계는 타겟 표면에 수직하게 분포하고, 플라즈마내의 하전입자를 효율적으로 구속할 수 있다.
대체할 물질로 각광 받고 있는 AZ。를 제작하여 전기적, 광학적 특성을 조사하였다[8, 9丄
동안 건조하여 준비하였다. 박막 증착 공정을 시작하기에 앞서 타겟 표면의 불순물을 제거하고 안정적인 스터퍼팅을 위하여, 10분간 공정압력 1 mTorr, Ar 가스 분위기에서 pre-sputtering을 하였다. 자세한 AZO 박막의 스퍼터링 조건은 표 1에 나타내었다.
본 연구는 실온에서 대향 타겟식 스퍼터링 장치를 이용하여 Polyethersulphone (PES) 기판위에 ZnO:Al 박막을 증착하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
스퍼터 조건으로 아르곤과 산소의 혼합 가스를 사용하여 투입전력 150 W, 200 W일 때 각각 산소 가스의 유량비를 0.1-0.4로 변화시킴으로써 결과를 고찰하였다. 제작된 박막은 투입전력에 상관없이 산소 가스 유량비가 0.
제작된 박막은 막의 두께는 a-step (Tencor), 비저항은 four-point prove (Chang-min) 즉정하였고, 결정학적, 전기적, 광학적 특성은 XRD (Rigaku), UV-VIS spectrometer (HP), Hall effect measurement system (ECOPIA)을 이용하여 조사하였다.

대상 데이터

실험에 사용된 PES 기판은 PC, PET 기판과 함께 대표적인 고분자 기판으로 널리 쓰이고 있다. PES 기판은 유리 기판과 비교해 볼 때 두께가 200 um로 매우 얇고 가벼우며, 유연한 특징을 가지고 있어.

성능/효과

3 일 때의 FESEM의 단면와 표면 사진을 나타낸 것이다. XRD 패턴에서 확인된 각 AZO 박막의 (002) 면의 c-축 우선배향성을 지니는 주상구조를 확인할 수 있었다.
3 이상인 경우, AZO 박막 내에 산소 공공의 감소로 인하여 비저항값이 급격히 증가하였으며, 광투과율은 산소량의 증가에 따라 증가하는 경향을 나타내었다. 또한 XRD 패턴 및 FESEM을 통하여 (002)면의 c축 우선배향성을 가자는 주상구조을 확인할 수 있었다.
35 eV이지만, 불순물첨가에 의해 광학적 에너지 밴드갭은 증가하게 된다. 또한 산소 가스 유량비가 증가함에 따라서 전자들의 농도가 증가함에 따라 전도대와 가전도대에 전자들이 축퇴(degenerated)되어, AZO 박막의 에너지 밴드 갭이 투입전력이 150 W일 때는 3.2-3.6 eV롤 증가하였고, 200 W일 때에는 3.2-3.6 eV으로, 파장이긴 방향으로 이동하게 되는 blue-shift 됨을 확인할 수 있었다.
산소 가스 유량비가 증가함에 따라 광과투과율이 증가함을 알 수 있다. 산소 유량비 0.1 를 제외하고 투입전력에 상관없이 모두 550 nm에서 모두 85 %의 광투과율을 보였다. 광투과도 스펙트럼의 흡수단(Absorption edge) 영역에서의 광투과율은 다음과 같은 식으로 주어진다.
이상의 결과로부터 투입전력 150 W, 산소 가스유량비 0.2, 두께 200 nm로 PES 기판상에 제작된 AZO 박막은 광투과율이 85 %와 4.2시(产 [2-cm] 비저항값을 얻을 수 있었다. 이것은 향후 ITO를 대체하여 LCD, PDP, OLED등과 같은 디스플레이 투명전극 및 태양전지, 터치스크린 등에 적용될 뿐만 아니라, 향후 flexible display에 적용할 수 있으리라 사료된다.
4로 변화시킴으로써 결과를 고찰하였다. 제작된 박막은 투입전력에 상관없이 산소 가스 유량비가 0.3 이상인 경우, AZO 박막 내에 산소 공공의 감소로 인하여 비저항값이 급격히 증가하였으며, 광투과율은 산소량의 증가에 따라 증가하는 경향을 나타내었다. 또한 XRD 패턴 및 FESEM을 통하여 (002)면의 c축 우선배향성을 가자는 주상구조을 확인할 수 있었다.

후속연구

2시(产 [2-cm] 비저항값을 얻을 수 있었다. 이것은 향후 ITO를 대체하여 LCD, PDP, OLED등과 같은 디스플레이 투명전극 및 태양전지, 터치스크린 등에 적용될 뿐만 아니라, 향후 flexible display에 적용할 수 있으리라 사료된다.

참고문헌 (10)

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조범진, 김경환, 'PC 기판상에 제작된 ITO 박막의 특성', 전기전자재료학회논문지, 20권, 2호, p. 162, 2007

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김건희, 금민종, 김한기, 손인환, 장경욱, 이원재, 박용서, 최형욱, 김경환, 'FTS법을 이용한 ITO박막의 제작', 전기전자재료학회논문지, 17권, 11호, p. 1230, 2004

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