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문제 정의
- 본 연구에서는 ATO 박막의 전도 특성향상을 위하여 RF 마그네트론 스퍼터링을 이용하여, 6wt%의 Sb가 첨가된 SnO2 박막을 합성을 진행하였으며, 박막합성시 스퍼터링 가스인 아르곤(Ar)과 반응가스인 산소(0)의 분압 비율의 증가에 따른 ATO 박막의 구조적, 전기적, 광학적 특성들의 고찰하였다. 결과적으로 산소/아르곤의 비율이 0.
제안 방법
- ATO의 전기적특성중 하나인 비저항(Resistivity) 값과 홀 이동도(Mobility), 그리고 캐리어 농도(cairier concentration)는 Hall effect measurement(ECOPIA)를 이용하여 측정하였다. 또한 박막의 결정성 분석을 위해서 x-ray dif!ractometer(XRD: Broker AXS D8 Discover) 를 사용하였으며, 광학적 특성인 광투과도는 UV-spectro- photometer(Hitachi U 300)를 이용하여 측정하였다. 성장되어진 박막의 표면 이미지 측정은 Atomic Force Microscope[AFM: SEIKO 400N] 장비를 사용하여 측정하였다.
- 박막 증착은 2 x 1 cm의 glass (coming glass 7059) 기판을 사용하였으며, 유리 기판은 증착 전 표면에 이물질을 제거하기위해 아세톤, 에탄올, DLwatei로 각각 10분씩 초음파 세척을 하였다. 본 실험에서 base pressuree 1.0 x 10~6 Ton까지 압력을 낮췄으며, 합성 압력은 아르곤과 산소의 혼합가스를 10 mTorr 로 유지하였으며, RF 소스에서 250 W의 RF파워를 인가하여 플라즈마를 생성하였다. 플라즈마가 생성된후 5분 동안 pre・sputtering을 실시하였으며, 산소의 분압의 변화에 따른 Sb가 도핑된 SnO2(ATO) 박막 모두 200±20皿로 증착하였다.
- 본 연구에서는 RF 마그네트론 스퍼터링 법을 이용하여 양질의 Sb가 도핑된 SnO2 박막을 스퍼터링 가스인 아르곤과 반응가스인 산소의 비율을 조절하여 합성하였으며, 박막 형성시 산소 비율 변화에 따른 구조적, 광학적, 전기적 특성등을 고찰하였다.
- 증착된 ATO 박막의 두께는 Surface profiler(alpha- step: TENCOR, 500)를 이용하여 측정하였으며, 정하였다. 탐침식 두께측정을 위해서는 증착된 면과 증착되지 않은 면과의 단차를 만들어야 하는데 이 단차를 만들기 위해 gla%의 일부분을 흘더를 사용하여 기판에 고정하였다.
- 투명전극의 특성을 만족하기 위해 UV visible을 사용하여, 투과도(TTansmittance)를 측정하였다. 산소/아르곤의 비율의 증가에 따른 가시광선 영역에서의 투과도의 변화를 Fig.
대상 데이터
- ATO 박막 증착을 위해 RF 마그네트론 스퍼터링을 이용하였으며, 타겟으로는 안티몬(Sb)이 6wt% 포함된 SnO2 target을 사용하였다. 박막 증착은 2 x 1 cm의 glass (coming glass 7059) 기판을 사용하였으며, 유리 기판은 증착 전 표면에 이물질을 제거하기위해 아세톤, 에탄올, DLwatei로 각각 10분씩 초음파 세척을 하였다.
- target을 사용하였다. 박막 증착은 2 x 1 cm의 glass (coming glass 7059) 기판을 사용하였으며, 유리 기판은 증착 전 표면에 이물질을 제거하기위해 아세톤, 에탄올, DLwatei로 각각 10분씩 초음파 세척을 하였다. 본 실험에서 base pressuree 1.
이론/모형
- 탐침식 두께측정을 위해서는 증착된 면과 증착되지 않은 면과의 단차를 만들어야 하는데 이 단차를 만들기 위해 gla%의 일부분을 흘더를 사용하여 기판에 고정하였다. ATO의 전기적특성중 하나인 비저항(Resistivity) 값과 홀 이동도(Mobility), 그리고 캐리어 농도(cairier concentration)는 Hall effect measurement(ECOPIA)를 이용하여 측정하였다. 또한 박막의 결정성 분석을 위해서 x-ray dif!ractometer(XRD: Broker AXS D8 Discover) 를 사용하였으며, 광학적 특성인 광투과도는 UV-spectro- photometer(Hitachi U 300)를 이용하여 측정하였다.
- 또한 박막의 결정성 분석을 위해서 x-ray dif!ractometer(XRD: Broker AXS D8 Discover) 를 사용하였으며, 광학적 특성인 광투과도는 UV-spectro- photometer(Hitachi U 300)를 이용하여 측정하였다. 성장되어진 박막의 표면 이미지 측정은 Atomic Force Microscope[AFM: SEIKO 400N] 장비를 사용하여 측정하였다.
성능/효과
- Fig. 1(b)는 XRD 스펙트라의 F帅M을 이용하여 성장되어진 박막의 grain size를 구하였으며, 결과에서 확인할 수 있듯이, 산소/아르곤의 비율의 증가에 따라 grain size는 변화를 하였으며, 산소/아르곤의 비율이 0.11 일때 가장 큰 grain size를 나타내는 것을 확인하였고, 그 이상의 산소 비율의 증가에서는 grain size가 점점 감소하는 것을 확인하였다. 이러한 결과는, 산소 분압 비율의 증가에 따른 플라즈마 밀도(density)의 증가는 타겟으로부터 스퍼터링되어진 금속의 mean free path를 감소시키고, 기판에 도달되어지는 비율을 감소시킴으로써 박막내에 금속의 비율을 감소시키고, 상대적으로 다량 이온화되어진 산소이온을 포함함으로써, 박막의 grain size를 감소시키고 비정질(amorphous) 형태를 유도하게 한다.
- 1(a)에 나타내었다. XRD의 결과에서 보듯이 아르곤에 대한 산소의 비율의 변화에 따른 피크의 강도는 SED 박막의 rutile structure로써 (110)면이 우선 배향성이 나타났으몌6], 결과에서 보듯이, 산소/아르곤의 비율이 0.11 까지는 (110)면의 피크의 강도가 증가하였지만, 그 이상의 산소의 비율이 증가되면 (110)면의 피크의 강도는 감소하는 것을 확인할 수 있듯이, 스퍼터링시 증가되어지는 산소의 비율은 결정성의 감소를 야기한다. 다시말해, 산소/아르곤의 비율이 0.
- 3(c)에 나타내었다. 결과에서 보듯이, optical band gape 약 3.56 정도를 나타내었으며 산소/아르곤의 비율 증가에 따라 다소 감소하는 경향을 보였지만 거의 유사한 band gap을 나타내는 것을 확인하였다.
- 3(a)에 나타내었다. 결과에서 보듯이, 산소/ 아르곤의 비율이 0.25까지는 가시광선 영역에서 아주 좋은 투과도를 나타내었으며, 그 변화는 거의 나타나지 않았다. 그러나 산소/아르곤이 비율이 0.
- 33에서 성장되어진 ATO 박막의 표면 이미지를 나타내었으며, 산소/아르곤의 비율 증가에 따른 박막 표면 rms 거칠기의 변화를 나타내었다. 결과에서 보듯이, 산소의 비율의 증가는 박막의 표면을 부드럽게 만들었으며, 이러한 결과는 플라즈마내에 이온화되어진 산소 밀도의 증가는 타겟으로써 스퍼터링되어진 금속의 mean free path를 감소시켜 박막형성시 금속의 포함을 감소시키고, 결정화를 방해하며, grain size를 감소를 야기하며, 박막 의 부드러운 표면과 관계되어진다. 또한 기판 주위에 증가되어진 산소이온들의 증가는 박막 형성시 인가되어진 RF powei에 의해 resputtering의 비율을 증가되어지고 박막의 표면을 더욱 부드럽게 유도하게 된다.
- 특성들의 고찰하였다. 결과적으로 산소/아르곤의 비율이 0.11에서 4.8 X loHdcm]의 비저항과 85.17%, 그리고 rutile 구조의 이상적인 전도특성과 투과특성, 그리고 결정화를 이룬 ATO 박막 얻었으며, 본 연구에서 산소/아르곤의 비율 증가는 플라즈마내에 이온화되 어진 산소 밀도의 증가에 따라 타겟으로부터 스퍼터링되어진 금속의 mean free path 감소에 따른 박막의 결정 화가 방해되고, 상대적으로 기판 주위에서 증가되어진 산소 이온들의 화학적 결합과 resputtering에 의해 박막의 grain size가 감소되어 박막이 비정질화 되었으며, 투과도를 저해하는 원인이 되었다.
- 또한 기판 주위에 증가되어진 산소이온들의 증가는 박막 형성시 인가되어진 RF powei에 의해 resputtering의 비율을 증가되어지고 박막의 표면을 더욱 부드럽게 유도하게 된다. 결론적으로, ATO 박막 형성시 산소 분압의 증가는 박막의 결정화를 감소시키지만 박막표면의 거칠기를 감소하는 효과를 가진다.
- 11일 경우 가장 낮은 비저항 값을 나타내었으며, 또한 가장 높은 carrier concentratione- mobility®- 나타내었다. 이러한 결과는 Fig. 1의 결과에서 알 수 있듯이, 성장되어진 박막내에 포함되어진 금속의 양 즉, grain size 또는 결정화 정도에 좌우되며, 결론적으로 합성되어진 박막의 결정화의 증가는 박막의 비저항 값을 낮추는 역할을 하지만, 산소/아르곤 비율의 증가에 따른 비저항 값의 증가와 mobility의 감소는 플라즈마내에 이온화된 산소 밀도의 증가에 따라 스퍼터링 되어진 금속 이온들의 mean free path의 감소와 관련되몌7], ATO 박막의 전기적 전도 특성 향상을 위해서는 스퍼터링 가스인 아르곤에 대한 적절한 산소의 분압이 요구될 것이라 판단된다.
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