[논문]RF Magnetron Sputtering법으로 제작한 ZnO:Al 박막의 초기 압력에 따른 특성

김덕규; 김홍배

doi:10.5757/jkvs.2011.20.2.141

RF Magnetron Sputtering법으로 제작한 ZnO:Al 박막의 초기 압력에 따른 특성
Properties of ZnO:Al Thin Films Deposited by RF Magnetron Sputtering with Various Base Pressure 원문보기

韓國眞空學會誌 = Journal of the Korean Vacuum Society, v.20 no.2, 2011년, pp.141 - 145

초록
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ZnO:Al 박막을 RF magnetron sputtering 법을 이용하여 초기 압력에 따라 증착하고 박막의 구조적, 광학적, 전기적 특성을 연구하였다. 초기 압력 변화에 의해 ZnO:Al 박막의 특성의 변화를 확인하였고 고품질의 박막을 얻을 수 있었다. 모든 ZnO:Al 박막에서 (002)면의 우선 배향성을 보였으며 가시광선 영역(400~800 nm)에서 85% 이상의 좋은 투과도를 보였다. 초기 압력이 낮아질수록 결정성, 비저항 그리고 성능지수 특성이 향상됨을 확인하였다. 초기 압력에 따른 비저항의 향상은 결정립 크기 변화에 의한 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

ZnO:Al thin films were deposited by RF magnetron sputtering with various base pressure, and their structural, optical, and electrical properties were studied. The influence of the base pressure on the ZnO:Al thin film was confirmed and a high-quality thin film was obtained by controlling the base pressure. In all Al-doped ZnO thin films, the preferred orientation of (002) plane was observed and light transmittance in visible region (400 nm~800 nm) had above 85%. With decreasing of base pressure, crystallinity, resistivity, and figure of merit were improved. The improvement of resistivity with base pressure was attributed to the change of grain size.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서, 본 연구에서는 RF magnetron sputtering 장비를 이용하여 초기 압력 변화에 따라 AZO 박막을 증착하였으며 AZO 박막의 구조적, 광학적 그리고 전기적 특성을 분석하고 상호연관성을 살펴보았다.
본 연구에서는 AZO 박막의 초기 압력의 변화에 따른 다양한 특성에 대하여 분석하였다. AZO 박막의 결정성과 비 저항은 초기 압력이 낮을수록 향상되었다.

제안 방법

0×10^-2 Torr 로 유지한 후 pre-sputtering 을 10분간 실시하였다. AZO 박막 증착을 위한 RF 파워는 25 W, Ar 유량은 60 sccm, 그리고 증착온도는 상온의 조건에서 시행되었다. 또한, 증착된 모든 박막의 두께는 약 200 nm로 고정하였다.
준비된 유리 기판은 아세톤, 메탄올 그리고 DI (deionization) water에서 각 5분간 초음파 세정을 하였다. 세정된 기판은 질소 가스를 이용하여 건조하였고 잔존 수분을 제거하기 위하여 150℃, 1분간 베이킹을 실시하였다. AZO 박막을 증착하기 위해 2 wt%의 Al₂O₃가 도핑된 ZnO 타겟을 스퍼터링 타겟으로 이용하였다.
증착된 AZO 박막은 X-선 회절분석기(XRD)를 통하여 결정 구조와 결정성을 확인하였다. 투과도 특성은 자외선-가시광선-근적외선(UV-Vis-NIR)의 분광분석기를 이용하여 파장 200∼1,000 nm의 범위에서의 측정하였다.
초기 압력에 따라 증착한 AZO 박막의 TCO로서의 성능을 확인하기 위해 전기적 특성과 광학적 특성의 비로 나타나는 성능지수(figure of merit, FOM)를 분석 하였다. 그림 4는 초기압력에 따른 AZO 박막의 성능지수를 나타내었다.
(002)과 (103) 면의 피크강도비는 낮은 초기 압력일수록 증가함을 보이고 있다. 초기압력 변화에 따른 결정성을 확인하기 위해 반치 폭(FWHM)을 관찰하였다. 초기 압력이 낮을수록 반치폭은 0.
투과도 특성은 자외선-가시광선-근적외선(UV-Vis-NIR)의 분광분석기를 이용하여 파장 200∼1,000 nm의 범위에서의 측정하였다.
프로세스 변화인자인 초기 진공도를 8×10-7 , 2.0×10-6 , 그리고 4.0×10-6 Torr로 변화 하여 AZO 박막을 증착하였다.

대상 데이터

AZO 박막은 Corning #1737 유리 기판 위에 RF magnetron sputtering 장비를 이용하여 증착하였다. 준비된 유리 기판은 아세톤, 메탄올 그리고 DI (deionization) water에서 각 5분간 초음파 세정을 하였다.
세정된 기판은 질소 가스를 이용하여 건조하였고 잔존 수분을 제거하기 위하여 150℃, 1분간 베이킹을 실시하였다. AZO 박막을 증착하기 위해 2 wt%의 Al₂O₃가 도핑된 ZnO 타겟을 스퍼터링 타겟으로 이용하였다. 프로세스 변화인자인 초기 진공도를 8×10^-7 , 2.
AZO 박막은 Corning #1737 유리 기판 위에 RF magnetron sputtering 장비를 이용하여 증착하였다. 준비된 유리 기판은 아세톤, 메탄올 그리고 DI (deionization) water에서 각 5분간 초음파 세정을 하였다. 세정된 기판은 질소 가스를 이용하여 건조하였고 잔존 수분을 제거하기 위하여 150℃, 1분간 베이킹을 실시하였다.

이론/모형

투과도 특성은 자외선-가시광선-근적외선(UV-Vis-NIR)의 분광분석기를 이용하여 파장 200∼1,000 nm의 범위에서의 측정하였다. AZO 전도막의 전기적인 특성은 Hall 측정을 통하여 측정 하였다.
XRD 결과를 이용하여 결정립의 크기를 알아보기 위해 다음의 Scherrer 공식을 이용하여 계산해 보았다 [15].

성능/효과

380 nm 부근에서 흡수 곡선은 AZO 박막의 광학적인 밴드갭에 의한 것으로 2×10-6 Torr에서 가장 큰 광학적 밴드갭을 가짐을 확인하였다.
본 연구에서는 AZO 박막의 초기 압력의 변화에 따른 다양한 특성에 대하여 분석하였다. AZO 박막의 결정성과 비 저항은 초기 압력이 낮을수록 향상되었다. 투과도는 모든 박막에서 85% 이상의 투과도를 보였다.
가시광선(400 nm∼800 nm) 영역에서 AZO 박막의 평균 투과도는 85%∼93%의 양호한 특성을 보였으며 2×10-6 Torr에서 93%의 가장 높은 투과 도를 보였다.
투과도는 모든 박막에서 85% 이상의 투과도를 보였다. 또한, AZO 박막의 전기적 특성은 초기 압력이 낮아지면서 결정립 크기가 증가하게 되고 이로 인해 향상됨을 확인하였다. 본 연구를 통하여 AZO 박막 증착 시 낮은 초기 압력이 구조적 그리고 전기적인 특성을 향상시킬 수 있음을 확인하였다.
또한, AZO 박막의 전기적 특성은 초기 압력이 낮아지면서 결정립 크기가 증가하게 되고 이로 인해 향상됨을 확인하였다. 본 연구를 통하여 AZO 박막 증착 시 낮은 초기 압력이 구조적 그리고 전기적인 특성을 향상시킬 수 있음을 확인하였다.
37°로 감소하였는데 이는 초기 압력이 낮을수록 결정성이 향상됨을 나타낸다. 이 결과를 통해 볼 때 AZO 박막의 구조적 특성이 초기 압력에 많은 영향을 받고 있음을 확인하였다.
여기에서, T는 가시광선 영역에서의 평균 투과도, ρ는 비저항을 나타낸다. 초기 압력 감소에 따라 AZO 박막의 성능 지수는 선형적으로 증가함을 보이고 있는 이는 AZO 박막의 성능이 향상됨을 나타낸다. 초기압력 8×10^-7 Torr에서 1.
초기압력 8×10-7 Torr 에서 9.7×1020 cm-3의 캐리어 농도, 8.8 cm2/V · s의 이동도 그리고 7.3×10-4 Ω · cm의 비저항으로 가장 우수한 전기적 특성을 나타내었다.
평균 투과도는 2×10-6 Torr의 샘플이 좋았으나 비저항의 영향으로 8×10-7 Torr의 샘플에서 가장 좋은 특성이 나타난 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	ZnO 박막은 어떤 특성을 가지는가?	최근, 광전 소자와 태양 전지의 기술 발전과 더불어 투명 전도 산화막(transparent conductive oxide, TCO)에 대한 많은 연구가 진행되고 있다 [1,2]. ZnO 박막은 Al-, Ga-, B- 등의 3족 원소를 도핑함으로써 낮은 저항성과 가시광선 영역에서의 높은 투과율을 갖는다 [3-6]. 특히, Al 이 도핑된 ZnO (AZO) 박막은 현재 TCO 물질로서 가장 많이 사용되고 있는 ITO (indium tin oxide)의 유력한 대체 물질로서 많은 연구가 진행되고 있다.
	Al 이 도핑된 ZnO (AZO) 박막이 ITO의 유력한 대체 물질로서 많은 연구가 진행되고 있는 이유는?	특히, Al 이 도핑된 ZnO (AZO) 박막은 현재 TCO 물질로서 가장 많이 사용되고 있는 ITO (indium tin oxide)의 유력한 대체 물질로서 많은 연구가 진행되고 있다. 이러한 이유는 AZO 가 우수한 전기적, 광학적 특성 뿐만아니라 풍부한 매장량으로 인한 낮은 원가, 낮은 제조 비용과 제조의 용이성과 같은 많은 장점을 갖고 있기 때문이다 [7,8]. 또한, AZO 박막은 광전소자의 응용을 위하여 RF magnetron sputtering법을 이용하여 높은 증착율의 대면적화가 가능하다[9]. 이러한 이유로 AZO 박막은 RF magnetron sputtering 장비의 공정인자인 공정압력 [10], 증착 온도 [11], RF 파워 [12], Ar 유량 [13] 등 다양한 공정인자 변화에 따라 증착되고 그 특성들이 연구되어 왔다.
	AZO 박막은 어떤 인자의 변화에 따라 증착되는가?	또한, AZO 박막은 광전소자의 응용을 위하여 RF magnetron sputtering법을 이용하여 높은 증착율의 대면적화가 가능하다[9]. 이러한 이유로 AZO 박막은 RF magnetron sputtering 장비의 공정인자인 공정압력 [10], 증착 온도 [11], RF 파워 [12], Ar 유량 [13] 등 다양한 공정인자 변화에 따라 증착되고 그 특성들이 연구되어 왔다. 많은 연구에도 불구하고, RF magnetron sputtering 장비의 초기 압력 변화에 따른 AZO 박막의 특성에 대한 연구는 미미한 실정이다.

참고문헌 (17)

K. Tonooka, H. Bando, and Y. Aiura, Thin Solid Films 445, 327 (2003).

상세보기
G. K. R. Senadeera, K. Nakamura, and T. Kitamura, Appl. Phys. Lett. 83, 5470 (2003).

상세보기
S. H. Cho, J. Korean Vacuum Soc. 18, 377 (2009).

원문보기 상세보기
J. S. Lee, G. C. Kim, H. H. Jeon, S. J. Hwangboe, D. H. Kim, C. M. Seong, and M. H. Jeon, J. Korean Vacuum Soc. 17, 23 (2008).

원문보기 상세보기
M. Lorenz, E. M. Kaidashev, H. von Wenckstern, V. Riede, C. Bundesmann, D. Spemann, G. Benndorf, H. Hochmuth, A. Rahm, H. C. Semmelhack, and M. Grundmann, Solid-State Electron. 47, 2205 (2003).

상세보기
A. Maldonado, S. T. Guerra, M. M. Lira, and M. L. Olvera, Sol. Energ. Mat. Sol. C. 90, 742 (2006).

상세보기
K. Ellmer, J. Phys. D: Appl. Phys. 34, 3097 (2001).

상세보기
S. Major, S. Kumar, M. Bhatnagar, and K. L. Chopra, J. Phys. D: Appl. Phys. 33, R17 (2000).

상세보기
S. H. Jeong and J. H. Boo, Thin Solid Films 447, 105 (2004).

상세보기
R. J. Honga, X. Jianga, G. Heideb, B. Szyszkaa, V. Sittingera, and W. Werner, 249, 461 (2003).

상세보기
J. Mass, P. Bhattacharya, and R. S. Katiyar, Mater. Sci. Eng. B 103, 9 (2003).

상세보기
H. P. Chang, F. H. Wang, J. Y. Wu, C. Y. Kung, and H. W. Liu, Thin Solid Films 518, 7445 (2010).

상세보기
W. Yang, Z. Liu a, D. L. Peng, F. Zhang, H. Huang, Y. Xie, and Z. Wua, Appl. Surf. Sci. 255, 5669 (2009).

상세보기
Y. M. Lu, W. S. Hwang, W. Y. Liu, and J. S. Yang, Mater. Chem. Phys. 72, 269 (2001).

상세보기
B. D. Cullity, Elements of X-ray Diffraction, (Addison-Wesley, 1978), 102.
Y. Igasaki and H. Kanma, Appl. Surf. Sci. 169-170, 508 (2001).

상세보기
H. A. Mohamed, J. Phys. D: Appl. Phys. 40, 4234 (2007).

상세보기

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

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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