기판온도 및 박막두께가 Ga-doped ZnO 박막의 특성에 미치는 영향 Effects of The Substrate Temperature and The Thin film Thickness on The Properties of The Ga-doped ZnO Thin Film원문보기
본 연구에서는 RF마그네트론 스퍼터링 법으로 Eagle 2000 유리 기판 위에 Ga-doped ZnO (GZO) 박막을 제작하여, 기판온도 $100{\sim}400^{\circ}C$ 및 박막두께에 따른 박막의 결정화 특성과 전기적 및 광학적 특성을 조사하였다. 공정조건에 상관없이 모든 GZO 박막은 c-축 배향성을 나타내는 (002) 회절 피크만이 관찰되었고, $300^{\circ}C$에서 400 nm 증착한 GZO 박막이 가장 우수한 결정성을 나타내었으며, 그 때의 반가폭 값은 $0.4^{\circ}$이었다. 또한, AFM 으로 박막의 표면형상을 분석한 결과 $300^{\circ}C$에서 400 nm 증착한 박막에서 비교적 입자가 고르고 치밀한 박막이 형성되었다. 전기적 특성은 홀 측정결과 $300^{\circ}C$에서 400 nm 증착한 박막에서 가장 낮은 비저항 ($8.01{\times}10^{-4}\;{\Omega}cm$)과 가장 높은 전자 캐리어농도 ($3.59{\times}10^{20}\;cm^{-3}$) 를 나타내었다. 모든 GZO 박막은 공정조건에 무관하게 가시광 영역에서 80 %의 투과율을 나타내었으며, 기판온도 및 박막두께 증가에 따른 Ga 도핑효과의 증가로 밴드 갭이 넓어지는 Burstein-Moss 효과가 관찰되었다.
본 연구에서는 RF 마그네트론 스퍼터링 법으로 Eagle 2000 유리 기판 위에 Ga-doped ZnO (GZO) 박막을 제작하여, 기판온도 $100{\sim}400^{\circ}C$ 및 박막두께에 따른 박막의 결정화 특성과 전기적 및 광학적 특성을 조사하였다. 공정조건에 상관없이 모든 GZO 박막은 c-축 배향성을 나타내는 (002) 회절 피크만이 관찰되었고, $300^{\circ}C$에서 400 nm 증착한 GZO 박막이 가장 우수한 결정성을 나타내었으며, 그 때의 반가폭 값은 $0.4^{\circ}$이었다. 또한, AFM 으로 박막의 표면형상을 분석한 결과 $300^{\circ}C$에서 400 nm 증착한 박막에서 비교적 입자가 고르고 치밀한 박막이 형성되었다. 전기적 특성은 홀 측정결과 $300^{\circ}C$에서 400 nm 증착한 박막에서 가장 낮은 비저항 ($8.01{\times}10^{-4}\;{\Omega}cm$)과 가장 높은 전자 캐리어농도 ($3.59{\times}10^{20}\;cm^{-3}$) 를 나타내었다. 모든 GZO 박막은 공정조건에 무관하게 가시광 영역에서 80 %의 투과율을 나타내었으며, 기판온도 및 박막두께 증가에 따른 Ga 도핑효과의 증가로 밴드 갭이 넓어지는 Burstein-Moss 효과가 관찰되었다.
In this study, Ga-doped ZnO (GZO) thin films have been fabricated on Eagle 2000 glass substrates at various substrate temperatures $100{\sim}400^{\circ}C$ and thin film thickness by RF magnetron sputtering in order to investigate the structural, electrical, and optical properties of the G...
In this study, Ga-doped ZnO (GZO) thin films have been fabricated on Eagle 2000 glass substrates at various substrate temperatures $100{\sim}400^{\circ}C$ and thin film thickness by RF magnetron sputtering in order to investigate the structural, electrical, and optical properties of the GZO thin films. It is observed that all the thin films exhibit c-axis orientation and a (002) diffraction peak only. The GZO thin films, which were deposited at $T=300^{\circ}C$ and 400 nm, shows the highest (002) orientation, and the full width at half maximum (FWHM) of the (002) diffraction peak is $0.4^{\circ}$. AFM analysis shows that the formation of relatively smooth thin films are obtained. The lowest resistivity ($8.01{\times}10^{-4}\;{\Omega}cm$) and the highest carrier concentration ($3.59{\times}10^{20}\;cm^{-3}$) are obtained in the GZO thin films deposited at $T=300^{\circ}C$ and 400 nm. The optical transmittance in the visible region is approximately 80 %, regardless of process conditions. The optical band-gap shows the slight blue-shift with increase in doping which can be explained by the Burstein-Moss effect.
In this study, Ga-doped ZnO (GZO) thin films have been fabricated on Eagle 2000 glass substrates at various substrate temperatures $100{\sim}400^{\circ}C$ and thin film thickness by RF magnetron sputtering in order to investigate the structural, electrical, and optical properties of the GZO thin films. It is observed that all the thin films exhibit c-axis orientation and a (002) diffraction peak only. The GZO thin films, which were deposited at $T=300^{\circ}C$ and 400 nm, shows the highest (002) orientation, and the full width at half maximum (FWHM) of the (002) diffraction peak is $0.4^{\circ}$. AFM analysis shows that the formation of relatively smooth thin films are obtained. The lowest resistivity ($8.01{\times}10^{-4}\;{\Omega}cm$) and the highest carrier concentration ($3.59{\times}10^{20}\;cm^{-3}$) are obtained in the GZO thin films deposited at $T=300^{\circ}C$ and 400 nm. The optical transmittance in the visible region is approximately 80 %, regardless of process conditions. The optical band-gap shows the slight blue-shift with increase in doping which can be explained by the Burstein-Moss effect.
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문제 정의
본 연구에서는 GZO 박막을 제작하여 기판온도 및 박막 두께에 따른 구조적, 전기적 및 광학적 특성을 조사 하였다. XRD 측정으로부터 300 ℃에서 400 nm 증착한 GZO 박막이 가장 우수한 (002) 배향성을 나타내었으며 그 때의 반가폭 값은 0.
본 연구에서는 RF magnetron sputtering 법을 사용하여 기판온도 및 박막두께에 따른 GZO 박막의 구조적, 전기적 및 광학적 특성을 조사하여 투명 전자소자로의 응용 가능성을 조사해 보고자 하였다.
제안 방법
전기적 특성에는 van der Pauw 법을 이용한 Hall effect measurement (Accent, HL5&X)PC)을 이용하여 비저항, 캐리어 농도 및 이동도를 즉정하였다. 광학적 특성은 UV/八IS spectro-photometer (Cary-5(X)) 로 투과도 스펙트럼 측정을 실시하였다.
본 실험에서 GZO 박막의 구조적 특성을 분석하기 위해 X-Ray Diffractometer (XRD, Philips, PW30狗 를 사용하였고, Atomic Force Microscope (VG, Microlab 31.0F, AFM)로 박막의 표면 상태를 조사하였다. 전기적 특성에는 van der Pauw 법을 이용한 Hall effect measurement (Accent, HL5&X)PC)을 이용하여 비저항, 캐리어 농도 및 이동도를 즉정하였다.
대상 데이터
GZO 박막은 RF magnetron sputtering 방법을 이용하여 20工於 mm 크기의 Eagle 2000 유리 기판에 증착하였다. Sputter 챔버의 초기 진공은 2x10-6 Toit 까지 형성하였고, GT] 도핑된 2 인치 1/4 세라믹 타겟 (GaaOs : 5 wt %, ZnO : 95 wt %)을 사용하였다.
Sputter 챔버의 초기 진공은 2x10-6 Toit 까지 형성하였고, GT] 도핑된 2 인치 1/4 세라믹 타겟 (GaaOs : 5 wt %, ZnO : 95 wt %)을 사용하였다.
이론/모형
0F, AFM)로 박막의 표면 상태를 조사하였다. 전기적 특성에는 van der Pauw 법을 이용한 Hall effect measurement (Accent, HL5&X)PC)을 이용하여 비저항, 캐리어 농도 및 이동도를 즉정하였다. 광학적 특성은 UV/八IS spectro-photometer (Cary-5(X)) 로 투과도 스펙트럼 측정을 실시하였다.
성능/효과
(5) 번 관계식으로부터 기판온도 100 -300 ℃ 및 박막 두께가 증가할수록 Ga의 도핑효과가 현저하게 나타나 캐리어 농도가 증가함으로써 광학적 밴드갭의 확장에 직접적으로 영향을 주게 됨을 알 수 있다.
하였다. XRD 측정으로부터 300 ℃에서 400 nm 증착한 GZO 박막이 가장 우수한 (002) 배향성을 나타내었으며 그 때의 반가폭 값은 0.4° 이었다. 또한 AFM 으로 박막의 표면형상 분석결과 비교적 입자가 고르고 치밀한 박막이 형성되었다.
81 시O2。cm~3) 를 나타내었다. 광학적 특성으로는 모든 박막에서 80 %의 투과율을 나타내었으며 기판온도 100-300 笆 및 박막두께 증가에 따른 Ga 도핑효과의 증가로 밴드 갭이 넓어지는 Burstein-Moss 호과가 관찰 되 었다.
본 연구를 통해 rf magnetron sputtering 으로 제작한 GZO 박막이 투명 전도막의 기본 조건을 만족하는 것을 확인할 수 있었다. 향후 저온 증착 공정 조건을 개발한다면 여러 투명 전자소자의 적용에서 GZO 박막이 ITO 를 대체할 수 있는 유망한 재료가 될 수 있을 것으로 기대된다.
또한 AFM 으로 박막의 표면형상 분석결과 비교적 입자가 고르고 치밀한 박막이 형성되었다. 전기적 특성을 조사한 결과, 300 ℃ 에서 400 nm 증착한 GZO 박막이 가장 낮은 비저항 (8.01x10-4 am)과 가장 높은 캐리어 농도 (3.81 시O2。cm~3) 를 나타내었다. 광학적 특성으로는 모든 박막에서 80 %의 투과율을 나타내었으며 기판온도 100-300 笆 및 박막두께 증가에 따른 Ga 도핑효과의 증가로 밴드 갭이 넓어지는 Burstein-Moss 호과가 관찰 되 었다.
후속연구
확인할 수 있었다. 향후 저온 증착 공정 조건을 개발한다면 여러 투명 전자소자의 적용에서 GZO 박막이 ITO 를 대체할 수 있는 유망한 재료가 될 수 있을 것으로 기대된다.
참고문헌 (17)
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