선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- . 따라서 본 연구에서는 플라즈마 임피던스를 줄인 방전법인 RF 중첩형 DC 마그네트론 스퍼터링법을 이용하여 ITO 박막을 증착하였으며 성막조건이 ITO 박막의 기계적 물성에 미치는 영향을 조사하였다.
제안 방법
- DC current를 0.75 A로 고정하고 RF power를 변화시켜 150 nm 두께의 ITO 박막을 증착한 후, 상대적으로 우수한 전기적, 광학적 특성이 얻어지는 조건에서 DC와 RF power의 중첩인가가 ITO 박막의 기계적 특성에 미치는 영향을 평가하였다. 다양한 DC-RF power의 중첩조건에서 증착된 ITO 박막의 비저항을 그림 2에 나타내었다.
- ITO 박막의 잔류응력에 영향을 주는 요인을 파악하기 위하여 X-Ray diffraction system(XRD, Philips, X'pert MPD)을 이용하여 ITO 박막의 결정성을 평가하였으며, 이 때 박막의 두께 및 결정성을 고려해 입사각을 4°로 낮게 유지하였다.
- ITO 박막의 전기적 특성을 파악하기 위하여 4-point probe를 이용한 저면저항 측정기(Loresta-GP, MCP-600)를 이용하여 150 nm 두께의 ITO 박막의 비저항을 상온에서 측정하였다. 유연성 기판에 증착된 ITO 박막의 기계적 변화에 대한 신뢰성을 평가하기 위하여 피로시험의 일환으로 주기적인 bending test를 실시하였다.
- 5~5 mTorr로 유지하였다. 공정이 진행되는 동안 인위적인 기판의 가열은 이루어지지 않았으며, 공정중 상승하는 기판온도와 챔버 내부의 온도는 thermo label과 thermo couple을 이용하여 측정하였다. 또한 기판부근의 플라즈마 밀도를 향상시키기 위하여 Unbalanced magnetron을 사용하였다.
- 이 때 시편의 최대 변형률은 인장과 압축응력을 받는 지점에서의 지름이 각각 약 18 mm가 되도록 하였다. 굽힘은 약 1000회 반복되었으며 테스트 속도는 0.5 cycle/sec, 저항측정 간격은 0.3 sec/sec로 1회 굽힘당 약 5회 측정되었으며, 테스트 후 박막표면에 생긴 변화를 SEM을 이용하여 관찰하였다.
- 박막 특성이 나타날 수 있는 기본적인 유연성을 고려하여 두께 125 μm의 하드 코팅된 PET 필름을 기판으로 사용하였으며, 15 mm×75 mm의 직사각형 시편을 준비하였다. 그림 1과 같이 박막이 위를 향하도록 양 끝을 고정시킨 직선의 레인 위에서 시편의 중앙과 양 끝에 인장과 압축 응력이 걸리는 형태의 굽힘 실험을 진행하였으며, 일정한 전압으로 테스트가 진행되는 동안 시편의 양끝에서 ITO 박막을 통하여 흐르는 전류를 실시간으로 측정하여 전기저항을 계산함으로써 ITO 박막의 특성저하와 손상정도를 파악하였다. 이 때 시편의 최대 변형률은 인장과 압축응력을 받는 지점에서의 지름이 각각 약 18 mm가 되도록 하였다.
- ITO박막의 증착조건을 표 1에 나타내었다. 두께약 150 nm의 ITO박막은 RF power가 부가된 DC 마그네트론 스퍼터링법을 사용하여 PET(Polyethylene Terephthalate, SH34) film, Si-wafer, Si-strip(100) 기판위에 증착하였다. 타겟으로는 산화인듐(In2O3)에 산화주석(SnO2)이 10 wt% 함유된 면적 400×90mm2의 고밀도 소결체 ITO 타겟을 사용하였다.
- 박막의 두께측정은 α-step(Tencor P-11 Surface profiler)을 이용하였다.
- 선행실험을 참고하여 DC power의 전류를 0.75 A로 일정하게 유지하고 부하전류에 의한 전압강하를 막기 위하여 임피던스를 일정하게 최소화시켜주는 매칭박스를 설치한 RF power(13.56 MHz)를 0 W에서 200 W로 다양하게 부가하여 ITO 박막을 제작 하였다10). 타겟 표면에 형성된 불순물의 제거 및 플라즈마의 안정화를 통한 공정의 재현성을 높이기 위하여 5분 이상 pre-sputtering을 실행한 후 기판이 설치된 홀더를 회전시켜 타겟 앞을 통과하도록 하였다.
- ITO 박막의 전기적 특성을 파악하기 위하여 4-point probe를 이용한 저면저항 측정기(Loresta-GP, MCP-600)를 이용하여 150 nm 두께의 ITO 박막의 비저항을 상온에서 측정하였다. 유연성 기판에 증착된 ITO 박막의 기계적 변화에 대한 신뢰성을 평가하기 위하여 피로시험의 일환으로 주기적인 bending test를 실시하였다. 본 연구의 일환으로 실시된 실험에서 박막이 증착된 필름의 유연성은 박막과 기판의 두께, 인장특성, 두 계면의 밀착력 등에 의존적인 특성으로서, 박막에 비하여 기판의 두께가 두꺼울수록 기판의 유연성이 저하되어 bending test 후 시편의 특성저하에 큰 영향을 미쳤다.
- 일정한 DC current를 유지하고 있는 DC 스퍼터링에 RF power를 동시에 인가하였으며 RF power의 증가에 따른 스퍼터링 조건의 변화가 ITO 박막의 물성에 미치는 영향을 조사하였다. 중첩형 RF power의 증가는 플라즈마 임피던스의 감소와 플라즈마 밀도를 증가시키는 것을 확인할 수 있었다.
- 잔류응력 측정기(J&L Tech., Stress tester)를 사용하여 100 μm 두께의 Si(100) strip 위에 증착된 ITO 박막의 잔류응력을 측정하였다.
- 56 MHz)를 0 W에서 200 W로 다양하게 부가하여 ITO 박막을 제작 하였다10). 타겟 표면에 형성된 불순물의 제거 및 플라즈마의 안정화를 통한 공정의 재현성을 높이기 위하여 5분 이상 pre-sputtering을 실행한 후 기판이 설치된 홀더를 회전시켜 타겟 앞을 통과하도록 하였다.
대상 데이터
- 공정이 진행되는 동안 인위적인 기판의 가열은 이루어지지 않았으며, 공정중 상승하는 기판온도와 챔버 내부의 온도는 thermo label과 thermo couple을 이용하여 측정하였다. 또한 기판부근의 플라즈마 밀도를 향상시키기 위하여 Unbalanced magnetron을 사용하였다.
- 박막 특성이 나타날 수 있는 기본적인 유연성을 고려하여 두께 125 μm의 하드 코팅된 PET 필름을 기판으로 사용하였으며, 15 mm×75 mm의 직사각형 시편을 준비하였다.
- 타겟으로는 산화인듐(In2O3)에 산화주석(SnO2)이 10 wt% 함유된 면적 400×90mm2의 고밀도 소결체 ITO 타겟을 사용하였다.
성능/효과
- 1 GPa로 저하되었다가 RF power를 150 W이상 증가 시키자 다시 증가하였다. RF power가 75 W 중첩되었을 때 상대적으로 가장 낮은 잔류응력을 나타내었으며, ITO 박막과 PET 기판간의 밀착력을 증가시켜 내구성이 향상되었음을 알 수 있었다.
- 그림 3의 내부에 나타낸 그래프는 bending이 1000회 반복되었을 때 DC power에 중첩되는 RF power에 따른 저항변화율을 나타낸 것이다. RF power가 인가되지 않았을 때 약 20%이던 저항변화율은 75 W 인가되었을 때 약 4%로 상대적으로 저항변화율이 낮았으며, 150 W에서는 250%까지 저항이 증가하였다.
- 고정된 DC current에 대한 적절한 RF power의 중첩은 ITO 박막의 전기적, 기계적 특성을 향상 시킬수 있었다. RF power의 중첩을 통한 DC 방전전압의 감소는 고에너지 입자의 입사와 전체 스퍼터링 전력, 증착률, 기판 온도의 변화 등에 영향을 주어 ITO 박막의 결정성을 변화시킬 수 있었으며, 이를 통해 박막 내부의 잔류응력을 조절함으로써 ITO 박막의 밀착력을 향상시켜 기계적 변화에 대한 시편의 내구성을 향상시킬 수 있었다.
- )을 측정한 결과를 나타낸다. RF가 인가되지 않거나 혹은 150 W 이상 인가되었을 경우와 비교하여, RF power가 25~100 W 사이에 인가되었을 경우, bending test 초기에 ITO 박막의 저항증가율은 더 낮게 나타났다. 시편의 bending cycle이 5회 반복된 후 저항변화율은 RF power가 부가되지 않았을 때의 약 0.
- 결정 peak의 세기는 부가되는 RF power에 따라 차이를 나타내어 RF power가 75 W일 때 가장 약한 peak 를 나타내었으며, 150 W 이상에서 가장 강한 peak를 보였다. 가장 낮은 잔류응력을 가졌던 DC와 RF 중첩조건인 DC current 0.75 A, RF power 75 W에서 ITO 박막이 비정질에 가깝게 나타났으며 이를 통해 ITO 박막의 결정화가 박막의 잔류응력을 증가시키는 원인이 되었음을 알 수 있었다.
- ITO 박막은 다결정 구조를 보였으며, (222), (400), (430), (440), (622)면 등에 대한 peak가 관찰되었다. 결정 peak의 세기는 부가되는 RF power에 따라 차이를 나타내어 RF power가 75 W일 때 가장 약한 peak 를 나타내었으며, 150 W 이상에서 가장 강한 peak를 보였다. 가장 낮은 잔류응력을 가졌던 DC와 RF 중첩조건인 DC current 0.
- 고정된 DC current에 대한 적절한 RF power의 중첩은 ITO 박막의 전기적, 기계적 특성을 향상 시킬수 있었다. RF power의 중첩을 통한 DC 방전전압의 감소는 고에너지 입자의 입사와 전체 스퍼터링 전력, 증착률, 기판 온도의 변화 등에 영향을 주어 ITO 박막의 결정성을 변화시킬 수 있었으며, 이를 통해 박막 내부의 잔류응력을 조절함으로써 ITO 박막의 밀착력을 향상시켜 기계적 변화에 대한 시편의 내구성을 향상시킬 수 있었다.
- 그림 7은 DC current와 RF power의 변화에 따라 DC power에 걸리는 방전전압의 변화를 나타낸다. 낮은 DC current를 인가하고 RF power를 증가 시킬수록 DC power의 방전전압은 낮아졌으며, DC current가 0.75 A일 때 RF power가 증가됨에 따라 방전전압이 약 100 V로 수렴됨을 알 수 있다. 스퍼터링 공정 중 타겟표면에서 반사되는 아르곤 중성원자(Ar0), 캐소드 sheath에서 가속된 산소 음이온 (O−)과 같은 고에너지 입자들은 캐소드전압에 의해 가속되어 높은 에너지로 성장 중인 박막표면에 충돌하여 박막의 내부응력을 증가시킨다.
- 즉, 플라즈마 임피던스의 감소에 따른 캐소드 전압의 감소는 고에너지입자들의 에너지를 감소시킴으로써 성장 중인 박막표면에 대한 충격에너지를 감소시켜 박막손상을 저감하는 효과를 야기하는 것으로 나타났다. 따라서 DC current 0.75 A에 중첩되는 RF power가 클수록 ITO 박막의 전기 전도도는 증가하였으며, 기계적 특성은 중첩되는 RF power 75 W에서 상대적으로 우수한 것으로 나타났다. 이것은 플라즈마 임피던스의 감소 및 증착속도의 감소에 따른 ITO 박막의 압축응력의 감소에 의한 것으로 생각된다.
- 유연성 기판에 증착된 ITO 박막의 기계적 변화에 대한 신뢰성을 평가하기 위하여 피로시험의 일환으로 주기적인 bending test를 실시하였다. 본 연구의 일환으로 실시된 실험에서 박막이 증착된 필름의 유연성은 박막과 기판의 두께, 인장특성, 두 계면의 밀착력 등에 의존적인 특성으로서, 박막에 비하여 기판의 두께가 두꺼울수록 기판의 유연성이 저하되어 bending test 후 시편의 특성저하에 큰 영향을 미쳤다. 박막 특성이 나타날 수 있는 기본적인 유연성을 고려하여 두께 125 μm의 하드 코팅된 PET 필름을 기판으로 사용하였으며, 15 mm×75 mm의 직사각형 시편을 준비하였다.
- 그림 4는 Bending test에 의한 ITO 박막의 표면 변화와 손상정도를 관찰하기 위하여 test가 끝난 후 관찰한 시편 표면의 SEM image를 나타내었다. 시편 표면을 500배와 5000배로 확대 촬영한 결과 주로 압축응력이 작용하는 부분에서 크랙과 박리가 발생한 것을 관찰할 수 있었다. 그림 4의 (a)는 DC current만 0.
- RF가 인가되지 않거나 혹은 150 W 이상 인가되었을 경우와 비교하여, RF power가 25~100 W 사이에 인가되었을 경우, bending test 초기에 ITO 박막의 저항증가율은 더 낮게 나타났다. 시편의 bending cycle이 5회 반복된 후 저항변화율은 RF power가 부가되지 않았을 때의 약 0.04배, 즉 약 4%였으며, RF power가 25~100 W 부가되었을 때는 이보다 낮은 0.1% 이하, RF power가 150 W 이상 부가되었을 때는 약 10%까지 증가하였다. 그림 3의 내부에 나타낸 그래프는 bending이 1000회 반복되었을 때 DC power에 중첩되는 RF power에 따른 저항변화율을 나타낸 것이다.
- 75 A에 RF power를 150 W 부가한 시편으로 고정부로부터 2 cm 부근에 발생한 다수의 크랙에서 박리가 완료 된 모습을 나타내고 있으며 이 때 (a)나 (b)의 경우 보다 많은 크랙이 넓은 부위에 발생하였다. 주기적인 bending test 결과, 시편의 표면관찰로 ITO 박막의 전기저항을 저하시킨 원인이 주로 압축응력이 작용하는 부근에 진행되고 있는 박리임을 알 수 있었으며, 이를 통해 ITO 박막과 기판 간의 밀착력 향상을 통해 박리의 진행을 억제함으로써 기계적 형상변화에 대한 박막의 내구성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있었다. 이러한 결과는 박막 증착 시 모재와의 열팽창 계수 차이로 인한 열적응력과 성장 중의 이온의 충돌, 불순물 유입, 내부 결함 등으로 인한 내부응력이 원인이 되어 발생하는 박막내부에 존재하는 잔류응력(residual stress)에 기인한다고 생각된다.
- 일정한 DC current를 유지하고 있는 DC 스퍼터링에 RF power를 동시에 인가하였으며 RF power의 증가에 따른 스퍼터링 조건의 변화가 ITO 박막의 물성에 미치는 영향을 조사하였다. 중첩형 RF power의 증가는 플라즈마 임피던스의 감소와 플라즈마 밀도를 증가시키는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 플라즈마 임피던스의 감소에 따른 캐소드 전압의 감소는 고에너지입자들의 에너지를 감소시킴으로써 성장 중인 박막표면에 대한 충격에너지를 감소시켜 박막손상을 저감하는 효과를 야기하는 것으로 나타났다.
- 75 A를 인가하여 ITO 박막을 증착한 경우 표면온도는약 45oC까지 상승하였으며, RF power를 100 W 이상 부가하자 기판온도는 약 70~75oC까지 상승하여 더 이상 증가하지 않았다. 즉, 중첩되는 RF power가 증가함에 따라 기판온도는 초기온도인 약 25oC 보다 약 25~50oC 증가하였으며, 100 W 이상에서 수렴하였다. 공정 중 기판온도의 차이는 증착되는 박막의 물성에 영향을 줄 수 있다.
- 중첩형 RF power의 증가는 플라즈마 임피던스의 감소와 플라즈마 밀도를 증가시키는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 플라즈마 임피던스의 감소에 따른 캐소드 전압의 감소는 고에너지입자들의 에너지를 감소시킴으로써 성장 중인 박막표면에 대한 충격에너지를 감소시켜 박막손상을 저감하는 효과를 야기하는 것으로 나타났다. 따라서 DC current 0.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.