[논문]RF 마그네트론 스퍼터링법으로 제작된 ITO 박막의 공정압력 변화에 따른 특성

정성진; 김덕규; 김홍배

RF 마그네트론 스퍼터링법으로 제작된 ITO 박막의 공정압력 변화에 따른 특성
Properties of ITO thin films deposited by RF magnetron sputtering with process pressure 원문보기

반도체디스플레이기술학회지 = Journal of the semiconductor & display technology, v.9 no.4, 2010년, pp.83 - 86

정성진 (청주대학교 전자공학과) , 김덕규 (충북대학교 전자공학부) , 김홍배 (청주대학교 전자정보공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

The transparent electrode properties of ITO films deposited by RF magnetron sputtering with process pressure were investigated. The ITO thin films was deposited on a glass substrate using a target with 3in diameter sintered at a ratio of $In_2O_3$ : $SnO_2$ (9 : 1). 200-nm-thick ITO thin films were manufactured by various process pressures ($2.0{\times}10^{-2}$, $7.0{\times}10^{-3}$ and $2.0{\times}10^{-3}$ Torr). The optical transmittance and resistivity of the deposited ITO thin films showed a relatively satisfactory result under $10^{-2}$ Torr. For high process pressure, the optical transmittance was below 80%, while for low process pressure, the optical transmittance was above 85%. As a result of of mobility, resistivity and carrier concentration by Hall measurement, we obtained satisfactory properties to apply into a transparent conducting thin film.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 실험은 공정압력 변화에 따른 ITO 박막의 특성을 관찰하였다. 실험결과 상온에서 RF 마그네트론 스퍼터링 하였을시 평균 투과율은 89%이상의 높은 투과율과 3.
그중 RF 마그네트론 스퍼터링 공정은 상온에서의 증착이 가능하고, 얇은 두께의 박막증착이 가능하며, 균일성이 우수하다는 장점이 있다[12]. 지금까지 ITO 는 고온에서 증착하는 경우가 대부분이었지만, 본 연구에서는 RF 마그네트론 스퍼터링 방식을 이용하여 상온에서 공정압력 변화에 따른 특성이 어떻게 변하며, 어떤 압력에서 더 우수한 특성을 나타내는지를 분석하기 위한 실험을 하였다.

제안 방법

ITO 박막 제조를 위해 RF 마그네트론 스퍼터링 장비를 이용하였다. 타겟으로는 ITO(In₂O₃ : SnO₂ = 90 : 10 wt%) 타겟을 사용하였고, 기판으로는 corning 1737 유리기판을 3 cm × 3 cm 로 자른 뒤 아세톤, 메탄올, 증류수로 세정을 하고 질소를 이용하여 건조시킨 뒤 챔버 내의 홀더 위에 유리기판을 얹고 실험을 실시하였다.
0 × 10^-2 Torr에서 가장 낮은 피크 강도를 보였다. 공정 압력에 따른 ITO 박막의 결정성을 살펴보기 위해 FWHM을 측정하였다. FWHM은 7.
증착된 시편의 표면거칠기는 AFM(Dimension V/ Vecco) 장비를 이용하여 측정하였다. 또한, 캐리어 농도 와 비저항, 그리고 이동도를 확인하기 위해 Hall effect를 측정하였다.
박막의 두께는 200 nm에 맞추어 박막시편을 제작하였다. 증착된 시편의 두께가 200 nm에 맞게 증착이 되었는지 확인을 위해 FE-SEM(WUPRA 60/Carl Zeiss)을 이용하여 두께를 측정하였다. 투과도 측정을 위해 UV/Vis-NIR Spectrophotometer(V-670/ JASCO)을 이용하여 가시광선 영역에서의 분석을 실시하였고, XRD(SmartLab/ RIGAKU) 장비를 통해 회절각에 대한 peak과 FWHM을 확인하고, Grain size를 확인하였다.
투과도 측정을 위해 UV/Vis-NIR Spectrophotometer(V-670/ JASCO)을 이용하여 가시광선 영역에서의 분석을 실시하였고, XRD(SmartLab/ RIGAKU) 장비를 통해 회절각에 대한 peak과 FWHM을 확인하고, Grain size를 확인하였다. 증착된 시편의 표면거칠기는 AFM(Dimension V/ Vecco) 장비를 이용하여 측정하였다. 또한, 캐리어 농도 와 비저항, 그리고 이동도를 확인하기 위해 Hall effect를 측정하였다.
증착조건은 초기압력을 1.7 × 10-6 Torr 으로 하였고, Ar 가스 유량은 50 sccm으로 고정하였다, RF 파워는 25 W 로 고정하였으며, 공정압력을 2.0 × 10-2, 7.0 × 10-3, 2.0 × 10-3 Torr로 변화시켜주면서 실험을 진행하였다.
증착된 시편의 두께가 200 nm에 맞게 증착이 되었는지 확인을 위해 FE-SEM(WUPRA 60/Carl Zeiss)을 이용하여 두께를 측정하였다. 투과도 측정을 위해 UV/Vis-NIR Spectrophotometer(V-670/ JASCO)을 이용하여 가시광선 영역에서의 분석을 실시하였고, XRD(SmartLab/ RIGAKU) 장비를 통해 회절각에 대한 peak과 FWHM을 확인하고, Grain size를 확인하였다. 증착된 시편의 표면거칠기는 AFM(Dimension V/ Vecco) 장비를 이용하여 측정하였다.

대상 데이터

0 × 10^-3 Torr로 변화시켜주면서 실험을 진행하였다. 박막의 두께는 200 nm에 맞추어 박막시편을 제작하였다. 증착된 시편의 두께가 200 nm에 맞게 증착이 되었는지 확인을 위해 FE-SEM(WUPRA 60/Carl Zeiss)을 이용하여 두께를 측정하였다.
타겟으로는 ITO(In2O3 : SnO2 = 90 : 10 wt%) 타겟을 사용하였고, 기판으로는 corning 1737 유리기판을 3 cm × 3 cm 로 자른 뒤 아세톤, 메탄올, 증류수로 세정을 하고 질소를 이용하여 건조시킨 뒤 챔버 내의 홀더 위에 유리기판을 얹고 실험을 실시하였다.

이론/모형

Fig. 2는 공정 압력에 따른 ITO 박막의 광학적 밴드갭을 외사법에 의해서 측정하였다. 투과율에서는 2.
5는 공정압력 변화에 따른 반치폭(FWHM) 과 결정립 크기를 나타낸 것이다. 다음의 Scherrer 식을 이용하여 결정립 크기를 구하였다.

성능/효과

공정 압력 7.0 × 10-3 Torr 에서 4.788 × 1020 cm-3의 캐리어 농도, 37.6 cm/Vs의 이동도 그리고 3.462 × 10-4 Ω·cm 의 비저항을 갖는 투명전도막을 확인할 수 있었다.
본 실험은 공정압력 변화에 따른 ITO 박막의 특성을 관찰하였다. 실험결과 상온에서 RF 마그네트론 스퍼터링 하였을시 평균 투과율은 89%이상의 높은 투과율과 3.72eV이상의 높은 밴드갭, 4.3 × 10^-4 Ω·cm의 우수한 전기저항성을 보임으로서 상온에서도 우수한 성능을 지니고 있음을 확인 할 수 있었다. 우수한 전기적 특성을 얻기 위해서는 10^-3 Torr 대의 공정압력이 필요함을 알 수 있었다.
압력 변수를 3가지로 하였을 때 가장 낮은 압력인 2.0 × 10-3 Torr 에서 400 - 800 nm 의 가시광선 영역에서 평균 투과율이 89% 이상의 투과율을 보임으로써 가장 높게 나타났다.
3 × 10^-4 Ω·cm의 우수한 전기저항성을 보임으로서 상온에서도 우수한 성능을 지니고 있음을 확인 할 수 있었다. 우수한 전기적 특성을 얻기 위해서는 10^-3 Torr 대의 공정압력이 필요함을 알 수 있었다.
그림에서 보는 바과 같이 2θ가 32º부근에서 (222) 피크가 가장 높게 나타나고 42º에서 (332) 의 피크를 나타내고 있다[13]. 위 두 피크는 증착된 ITO 박막이 다결정으로 증착되었으며 공정 압력이 낮아지면서 (222) 면의 우선 배향성을 갖음을 확인하였다. (222) 피크 강도를 보면 2 × 10^-3 Torr에서 가장 강한 피크 강도를 나타내었고 2.
0 × 10^-2 Torr 에서 79% 로 가장 낮은 투과율을 나타내었다. 이상의 결과에서, 압력이 낮을수록 투과율이 상승한다는 결과를 얻을 수 있었다. 또한, 공정압력이 10^-3 Torr 대에서는 거의 비슷한 투과율 곡선을 나타내었지만 10^-2 Torr 대에서는 투과율이 상당히 나빠지며 곡선의 모양도 다른 형태를 보이고 있다.
698 eV 로 가장 낮은 밴드갭을 보였다. 투과율과 달리 공정압력이 높았을 때 가장 높은 광학적 밴드갭을 나타내고 있고 공정 압력에 따라 일정한 경향성은 보이지 않았다. 또한, 앞에서 말한 것과 같이 공정압력이 10^-2 Torr 대와 10^-3 Torr 대에서 다른 광학적 밴드갭의 차이를 보이고 있다.
투과율에서는 2.0 × 10-3 Torr 에서의 공정을 진행했을 시 가장 높게 나타났지만 밴드갭에서는 2.0 × 10-2 Torr 에서 3.796 eV 로 가장 높게 나타났고 2.0 × 10-3 Torr 에서 3.727 eV 로 두 번째로 높게 나타났다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	투명디스플레이에 사용되는 물질은?	디스플레이 산업이 발달하면서 최근 가장 주목 받는 것이 투명디스플레이 산업이다. 투명디스플레이에 사용되는 물질로는 ITO(indium thin oxide)[1], IGZO (indium gallium zinc oxide)[2], ZnO(zinc oxide)[3], AZO(alumium doped zinc oxide)[4], 그리고 IZO(Iindium doped zinc oxide)[5] 등이 있다. 그 중 투명 전도막에 대한 연구가 많이 진행되고 있는데 투명전도막은 가시광선 영역에서 80% 이상의 투과율과 10-4 Ω·cm 내외의 전기저항성을 요구하고 있다.
	투명디스플레이에 사용되는 물질 중 ITO의 특징은?	그 중 투명 전도막에 대한 연구가 많이 진행되고 있는데 투명전도막은 가시광선 영역에서 80% 이상의 투과율과 10-4 Ω·cm 내외의 전기저항성을 요구하고 있다. ITO 는 가시광선영역 중 550 nm 에서 85% 이상의 높은 투과율과 3.5 eV 의 높은 밴드갭, 낮은 전기저항성의 우수한 성능을 지니고 있기 때문에 투명전도막으로서 사용하기에 적합하고, 더 나은 성능을 위한 연구가 많이 진행되고 있다. ITO 를 증착하기 위한 증착방법으로는 CVD (chemical vapor deposition)[6-7], RF magentron sputtering[8-9], Evaporation[10-11] 법 등이 있다.
	디스플레이 산업이 발달하면서 무엇이 주목받았는가?	디스플레이 산업이 발달하면서 최근 가장 주목 받는 것이 투명디스플레이 산업이다. 투명디스플레이에 사용되는 물질로는 ITO(indium thin oxide)[1], IGZO (indium gallium zinc oxide)[2], ZnO(zinc oxide)[3], AZO(alumium doped zinc oxide)[4], 그리고 IZO(Iindium doped zinc oxide)[5] 등이 있다.

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표제어: PCR

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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