ITO(Indium Tin Oxide) is the most attractive TCO(Transparent Conducting Oxide) materials for LCD, PDP, OLEDs and solar cell, because of their high optical transparency and electrical conductivity. However due to the shortage of indium resource, hard processing at low temperature, and decrease of opt...
ITO(Indium Tin Oxide) is the most attractive TCO(Transparent Conducting Oxide) materials for LCD, PDP, OLEDs and solar cell, because of their high optical transparency and electrical conductivity. However due to the shortage of indium resource, hard processing at low temperature, and decrease of optical property during hydrogen plasma treatment, their applications to the display industries are limited. Thus, recently the Al-doped ZnO(AZO) has been studied to substitute ITO. In this study, we have investigated the effect of different substrate temperature(RT, $150^{\circ}C$, $225^{\circ}C$, $300^{\circ}C$) and working pressure(10 mTorr, 20 mTorr, 30 mTorr, 80 mTorr) on the characteristics of AZO(2 wt.% Al, 98 wt.% ZnO) films deposited by RF-magnetron sputtering. We have obtained AZO thin films deposited at low temperature and all the deposited AZO thin films are grown as colunmar. The average transmittance in the visible wavelength region is over 80% for all the films and transmittance improved with increasing substrate temperature. Electrical properties of the AZO films improved with increasing substrate temperature.
ITO(Indium Tin Oxide) is the most attractive TCO(Transparent Conducting Oxide) materials for LCD, PDP, OLEDs and solar cell, because of their high optical transparency and electrical conductivity. However due to the shortage of indium resource, hard processing at low temperature, and decrease of optical property during hydrogen plasma treatment, their applications to the display industries are limited. Thus, recently the Al-doped ZnO(AZO) has been studied to substitute ITO. In this study, we have investigated the effect of different substrate temperature(RT, $150^{\circ}C$, $225^{\circ}C$, $300^{\circ}C$) and working pressure(10 mTorr, 20 mTorr, 30 mTorr, 80 mTorr) on the characteristics of AZO(2 wt.% Al, 98 wt.% ZnO) films deposited by RF-magnetron sputtering. We have obtained AZO thin films deposited at low temperature and all the deposited AZO thin films are grown as colunmar. The average transmittance in the visible wavelength region is over 80% for all the films and transmittance improved with increasing substrate temperature. Electrical properties of the AZO films improved with increasing substrate temperature.
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제안 방법
본 연구에서는 ZnO 산화물에 2wt.% Al이 첨 가된 AZO (Al-doped ZnO) 타겟을 다양한 기판온도 및 공정 압력을 변화시켜 유리 기판(cooming 7059 glass) 위에 RF 마그네트론 스퍼터링 방법으로 증착시킴으로써 최근 디스플레이 투명전극으로 사용되는 ITO를 대체 가능한 높은 전기적 및 광학적특성을 나타내는 AZO 투명전극을 제조할 수 있었다.
기판 온도변화에 따른 박막의 결정성을 평가하기 위하여 X-ray Diffraction 측정을 실시하였다. Fig.
%) 타겟을 사용하여 RF 마그네트론 스퍼터링 방법으로 증착하였다. 성장에 앞서 유리기판 (coming 7059 glass)을표준 세척법 (acetone-methanol-deionized water)으로초음파 세척기를 사용하여 각각 10분씩 세척한 후 질소 가스로 건조시켜 스퍼터 chamber에 장입하였다. 스퍼터링에 앞서 반응용기의 진공도를 IxlOJon로 유지하였 고, Ar 가스를 MFC를 통하여 흘려준 후 플라즈마를 생성시켰다.
박막 증착 개시 이전에 타겟을 10분간 예비 스퍼터링하여 타겟에 붙어 있는 오염 물질을 제거한 후, 셔터를 열어 증착을 시작하였다. 증착 매개변수로 증착 시간, 기판온도, 공정압력 등을 변화 시키며 AZO 박막을 증착시켰다. 박막 증착의 자세한 조건은 Table 1에 정리하였다.
광학적 특성을 분석하기 위하여 UV-spetro- photometer (Varivan Cary500)을 사용하였다. 표면 형상 및 두께분석을 위하여 전자주사현미경과 AFM (Atomic Force Microscopy) 및 박막의 단차를 이용하여 두께를 측정하는 a-step (Tencor p-2)를 사용하였다.
대상 데이터
AZO 박막은 지름이 3 inch (Al 2 wt.%, ZnO 98 wt.%) 타겟을 사용하여 RF 마그네트론 스퍼터링 방법으로 증착하였다. 성장에 앞서 유리기판 (coming 7059 glass)을표준 세척법 (acetone-methanol-deionized water)으로초음파 세척기를 사용하여 각각 10분씩 세척한 후 질소 가스로 건조시켜 스퍼터 chamber에 장입하였다.
이론/모형
5405A), 박막의 전기적 특성을 평가하기 위하여 4-point probe를 이용하였다. 광학적 특성을 분석하기 위하여 UV-spetro- photometer (Varivan Cary500)을 사용하였다. 표면 형상 및 두께분석을 위하여 전자주사현미경과 AFM (Atomic Force Microscopy) 및 박막의 단차를 이용하여 두께를 측정하는 a-step (Tencor p-2)를 사용하였다.
박막 증착의 자세한 조건은 Table 1에 정리하였다. 박막의 결정학적 특성을 알아보기 위하여 Bragg's 회절 이론을 이용한 X-ray diffraction 방법을 이용하였으며(Cuka; X=1.5405A), 박막의 전기적 특성을 평가하기 위하여 4-point probe를 이용하였다. 광학적 특성을 분석하기 위하여 UV-spetro- photometer (Varivan Cary500)을 사용하였다.
성능/효과
이와 같이 기판 온도가 상승할수록 면저항은 감소하였다. 또한 기판온도가 30CFC일 때 가장 낮은 면저항 값을 얻을 수 있었다.
확인할 수 있었다. 또한 모든 박막에서 80% 이상의 높은 투과율을 나타냈으며, 기판온도가 증가함에 따라 광투과율도 증가함을 알 수 있었다. 모든 증착 조건하에서 주상구조로 박막이 성장했으며, 기판온도가 증가할수록 거칠기는 감소하였고, 표면의 거칠기가 클수록 면저항은 증가함을 확인할 수 있었다.
또한 모든 박막에서 80% 이상의 높은 투과율을 나타냈으며, 기판온도가 증가함에 따라 광투과율도 증가함을 알 수 있었다. 모든 증착 조건하에서 주상구조로 박막이 성장했으며, 기판온도가 증가할수록 거칠기는 감소하였고, 표면의 거칠기가 클수록 면저항은 증가함을 확인할 수 있었다. 위와 같은 AZO박막의 특성으로 인하여 AZO가 TCO 박막으로 각광을 받고 있는 rro를 대체 가능한 물질임을 확인 할 수 있었다.
4는 기판온도 및 공정압력에 따른 박막의 광학적 특성을 나타낸 그래프이다. 본 연구에서 얻은 모든 AZO 박막은 가시광선 영역에서 유리 기판대비 평균 80% 이상의 광투과율을 보였으며, 기판온도가 증가할수록 광투과율이 증가함을 확인할 수 있었다.
본 연구에서는AZO 박막의 결정학적 분석을 통하여 Zn 치환형 자리에 Zn 침입형으로 위치한 A1 원자에 의하여 모든 박막의 2θ값이 조금씩 이동함을 볼 수 있었으며 , 박막의 면저항은 기판온도가 증가함에 따라 감소함을 확인할 수 있었다. 또한 모든 박막에서 80% 이상의 높은 투과율을 나타냈으며, 기판온도가 증가함에 따라 광투과율도 증가함을 알 수 있었다.
모든 증착 조건하에서 주상구조로 박막이 성장했으며, 기판온도가 증가할수록 거칠기는 감소하였고, 표면의 거칠기가 클수록 면저항은 증가함을 확인할 수 있었다. 위와 같은 AZO박막의 특성으로 인하여 AZO가 TCO 박막으로 각광을 받고 있는 rro를 대체 가능한 물질임을 확인 할 수 있었다.
증착률이 높아지면, 박막내에서 원자가 확산할 수 있는 중분한 시간이 주어지지 않게 되므로 원자밀도가 낮아지게 된다. 하지만 본 실험에서는 공정압력에 따른 차가 작기 때문에 공정압력에 따른 원자 확산의 영향보다는 기판온도에 따른 원자 확산이 박막의 전기적 특성에 더 큰 영향을 미쳤을 것으로 사료되며, 이로 인해 고온에서 증착된 시편의 면저항이 감소함을 확인할 수 있었다.
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