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문제 정의
- [1-6]. 본연구에서는 Mo 배면전극을 DC 마그네트론 스퍼터링 법을 이용하여 Mo 박막을 증착하였고 Mo 박막의 특성 조사 및 특성의 향상을 위해 DC power와 증착 압력을 다양한 조건으로 변화시키면서 증착된 Mo 배면전극의 전기적 특성 및 구조적 특성을 조사하여 최적의 증착 조건을 도출하고자 하였다.
제안 방법
- Mo 박막의 특성 향상을 위하여 DC power 와 증착 압력을 공정 변수로 선택하여 적용하였다. DC power는 30, 60, 90, 120, 그리고 150 W로 변화시켰고, 증착 압력은 1.7, 3, 5, 및 8 mTorr로 변화하여 Mo 박막을 증착하였다. 이때 기판과 타겟 사이의 거리는 7.
- 특성을 조사하였다. DC power와 증착 압력을 변화시켜서 박막을 증착하였고 증착된 박막은 증착속도, 전기 저항도, FESEM, AFM 및 XRD 등의 분석을 통하여 박막의 특성이 조사되었다. 증착 조건들이 변화함에 따라 박막의 증착속도와 박막의 표면 구조가 변화하였고 이로 인하여 산소와의 결합도가 변화하여 박막의 전기적 성질이 변화되는 것으로 해석되었다.
- DC 마그네트론 스퍼터링 방법을 이용하여 Mo 박막의 전기적 및 구조적 특성을 조사하였다. DC power와 증착 압력을 변화시켜서 박막을 증착하였고 증착된 박막은 증착속도, 전기 저항도, FESEM, AFM 및 XRD 등의 분석을 통하여 박막의 특성이 조사되었다.
- 즉정하였다. Field-emission scanning electron microscopy(FESEM)오牛 atomic force microscopy(AFM)를 이용하여 증착된 Mo 박막의 미세 표면구조를 관찰하였고, 박막의 결정성을 관찰하기 위해 x-ray diffraction(XRD) 분석이 적용되었다.
- 하여 준비하였다. Mo 박막의 특성 향상을 위하여 DC power 와 증착 압력을 공정 변수로 선택하여 적용하였다. DC power는 30, 60, 90, 120, 그리고 150 W로 변화시켰고, 증착 압력은 1.
- DC power가 증가할수록 증착 속도는 증가하였고, 박막의 결정성이 현저하게 향상되었다. 높은 DC power 에서의 빠른 스퍼터링 효과와 낮은 증착 압력에서의 표면 구조가 박막의 저항도 변화를 야기하였다. 증착 압력이 낮아질수록 증착 속도는 감소하지만, 결정도가 높고 조밀하게 증착되어 저항도가 감소하였고 높은 압력에서는 다공성의 박막이 형성되어 산소와의 결합 도가 높아져 높은 저항도를 나타내었다.
- Mechanical pump오牛 turbo molecular pump를 사용하여 chamber의 초기 진공을 3*10 -6 Torr 이하로 잡아준 뒤 50 sccm의 Ar 가스를 주입하여 상온에서 증착을 진행하였다. 박막을 증착하기 전에 타겟 표면에 남아있는 오염물을 제거하기 위해 예비 스퍼터링을 10분 동안 진행하였다.
- 7, 3, 5, 및 8 mTorr로 변화하여 Mo 박막을 증착하였다. 이때 기판과 타겟 사이의 거리는 7.5 cm, 증착 온도는 실온으로 고정하여 선택된 변수 외에 다른 영향을 방지하였고, 박막의 균일한 증착을 위해 기판을 10 rmp의 속도로 회전하여 최종적으로 5,000 A 박막을 증착하였다.
- 증착된 Mo 박막의 두께는 Tencor P-1 profiler를 이용하여 즉정하였고, Mo 박막의 전기적 특성을 관찰하기 위해 four-point probe를 이용하여 기판의 두 대각선 방향에서 sheet resistance를 즉정하였다. Field-emission scanning electron microscopy(FESEM)오牛 atomic force microscopy(AFM)를 이용하여 증착된 Mo 박막의 미세 표면구조를 관찰하였고, 박막의 결정성을 관찰하기 위해 x-ray diffraction(XRD) 분석이 적용되었다.
대상 데이터
- 99%이고 지름 3 inx 두께 1/4 in 크기의 Mo 타겟을 사용하였다. 기판으로는 15 mmx15 mmx2 mm 크기의 soda lime glass를 시■용하였다. Mechanical pump오牛 turbo molecular pump를 사용하여 chamber의 초기 진공을 3*10 -6 Torr 이하로 잡아준 뒤 50 sccm의 Ar 가스를 주입하여 상온에서 증착을 진행하였다.
- 유리 기판은 아세톤, 에탄올 및 deionized water를 사용하여 초음파세척을 하여 준비하였다. Mo 박막의 특성 향상을 위하여 DC power 와 증착 압력을 공정 변수로 선택하여 적용하였다.
- 타겟은 순도가 99.99%이고 지름 3 inx 두께 1/4 in 크기의 Mo 타겟을 사용하였다. 기판으로는 15 mmx15 mmx2 mm 크기의 soda lime glass를 시■용하였다.
이론/모형
- Mo 박막은 Ar 가스를 이용한 DC 마그네트론 스퍼터링 방법으로 증착되었다. 타겟은 순도가 99.
성능/효과
- DC power 및 증착 압력의 두 가지 변수를 선택하여 Mo 박막의 증착 실험을 수행한 결과, 증착 조건이 변화함에 따라 증착속도 및 증착된 박막의 표면 구조가 다르게 형성되고, 표면 구조의 변화에 따라 산소와의 결합도가 변화하게 되어 이것이 박막의 전기적 성질에 큰 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었다. 박막이 규칙적으로 성장되고 결정성이 크게 증착되면 저항도가 낮아져 전기적 성질이 좋아지고, 반면에 결정성이 떨어지고 공극이 생성되면 산소와의 결합 도가 높아져 저항도가 증가하는 것을 관찰할 수 있었다.
- 증착된 Mo 박막들은 XRD 분석을 통하여 (110)의 핵심 peak를 나타내어 CIGS의 (112)면이 성장하기에 용이하게 증착되었다. DC power가 증가할수록 증착 속도는 증가하였고, 박막의 결정성이 현저하게 향상되었다. 높은 DC power 에서의 빠른 스퍼터링 효과와 낮은 증착 압력에서의 표면 구조가 박막의 저항도 변화를 야기하였다.
- FESEM 사진에서 관찰된 대로 압력이 높아질수록 결정성이 많이 결여되는 것으로 관찰이 되었다. FESEM 및 AFM 관찰의 결과와 동일하게 XRD 분석에서도 압력이 높을수록 결정성이 줄어드는 것을 관찰할 수 있었고, 높은 압력에서 공극의 생성으로 인해 산소 결합 도가 높아지며 또한 높은 압력에서의 높은 산소의 분압도 박막의 저항도의 증가에 기여했다고 판단된다.
- 높은 압력에서 증착된 Mo 박막은 핵심 peak인 (110氏 매우 약한 peak 를 나타내어 (200)과 (211)의 2차상과 비슷한 세기로 관찰되었다. FESEM 사진에서 관찰된 대로 압력이 높아질수록 결정성이 많이 결여되는 것으로 관찰이 되었다. FESEM 및 AFM 관찰의 결과와 동일하게 XRD 분석에서도 압력이 높을수록 결정성이 줄어드는 것을 관찰할 수 있었고, 높은 압력에서 공극의 생성으로 인해 산소 결합 도가 높아지며 또한 높은 압력에서의 높은 산소의 분압도 박막의 저항도의 증가에 기여했다고 판단된다.
- 3의 결과와 마찬가지로 (110) 방향의 핵심 peak와 (200)과 (211)의 2차상 peak가 관찰되었다. SEM 사진에서 규칙적인 모양의 입자가 조밀하게 관찰되었던 낮은 압력에서 (110)의 핵심 peak가 매우 크게 관찰되어 높은 결정성을 가진다는 것을 확인할 수 있다. 높은 압력에서 증착된 Mo 박막은 핵심 peak인 (110氏 매우 약한 peak 를 나타내어 (200)과 (211)의 2차상과 비슷한 세기로 관찰되었다.
- 증착 압력이 낮아질수록 증착 속도는 감소하지만, 결정도가 높고 조밀하게 증착되어 저항도가 감소하였고 높은 압력에서는 다공성의 박막이 형성되어 산소와의 결합 도가 높아져 높은 저항도를 나타내었다. 결과적으로 높은 DC power와 낮은 압력에서 증착된 Mo 박막이 낮은 저항도를 나타내어 CIGS 박막 태양전지의 배면전극으로서 보다 향상된 특성을 가지는 것을 알 수 있다.
- 박막이 규칙적으로 성장되고 결정성이 크게 증착되면 저항도가 낮아져 전기적 성질이 좋아지고, 반면에 결정성이 떨어지고 공극이 생성되면 산소와의 결합 도가 높아져 저항도가 증가하는 것을 관찰할 수 있었다. 결과적으로 높은 DC power와 낮은 압력에서 증착된 박막이 우수한 결정성 및 전기적 성질을 나타내는 것을 알 수 있다.
- 압력이 증가함에 따라 chamber 내에 머무르는 Ar 가스의 양이 증가되어 결과적으로 Ar 플라즈마의 밀도가 증가된다. 그 결과로서 Ar 이온의 스퍼터링 효과가 증대되어 박막의 증착 속도가 빨라진 것으로 해석된다. 저항도는 1.
- 이전의 FESEM에서 관찰했던 것과 부합하여 낮은 압력에서 증착된 Mo 박막은 원추형으로 형성된 결정이 조밀하게 밀집되었고, 높은 압력에서는 원형의 입자가 형성된 것을 관찰할 수 있다. 또한 AFM 결과에서도 박막의 RMS 값이 1.7 mTorr에서 6.825, 5 mTorr에서 6.763, 8 mTorr에서 3.724로 증착 압력이 증가할수록 감소하였으며 이는 압력이 증가할수록 표면에 더 많은 공극이 생성되었다는 것을 의미한다. 박막에 대한 XRD 분석을 통해 박막의 결정도를 정확하게 살펴볼 수 있다.
- 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었다. 박막이 규칙적으로 성장되고 결정성이 크게 증착되면 저항도가 낮아져 전기적 성질이 좋아지고, 반면에 결정성이 떨어지고 공극이 생성되면 산소와의 결합 도가 높아져 저항도가 증가하는 것을 관찰할 수 있었다. 결과적으로 높은 DC power와 낮은 압력에서 증착된 박막이 우수한 결정성 및 전기적 성질을 나타내는 것을 알 수 있다.
- 높은 DC power 에서의 빠른 스퍼터링 효과와 낮은 증착 압력에서의 표면 구조가 박막의 저항도 변화를 야기하였다. 증착 압력이 낮아질수록 증착 속도는 감소하지만, 결정도가 높고 조밀하게 증착되어 저항도가 감소하였고 높은 압력에서는 다공성의 박막이 형성되어 산소와의 결합 도가 높아져 높은 저항도를 나타내었다. 결과적으로 높은 DC power와 낮은 압력에서 증착된 Mo 박막이 낮은 저항도를 나타내어 CIGS 박막 태양전지의 배면전극으로서 보다 향상된 특성을 가지는 것을 알 수 있다.
- DC power와 증착 압력을 변화시켜서 박막을 증착하였고 증착된 박막은 증착속도, 전기 저항도, FESEM, AFM 및 XRD 등의 분석을 통하여 박막의 특성이 조사되었다. 증착 조건들이 변화함에 따라 박막의 증착속도와 박막의 표면 구조가 변화하였고 이로 인하여 산소와의 결합도가 변화하여 박막의 전기적 성질이 변화되는 것으로 해석되었다. 증착된 Mo 박막들은 XRD 분석을 통하여 (110)의 핵심 peak를 나타내어 CIGS의 (112)면이 성장하기에 용이하게 증착되었다.
- 증착 조건들이 변화함에 따라 박막의 증착속도와 박막의 표면 구조가 변화하였고 이로 인하여 산소와의 결합도가 변화하여 박막의 전기적 성질이 변화되는 것으로 해석되었다. 증착된 Mo 박막들은 XRD 분석을 통하여 (110)의 핵심 peak를 나타내어 CIGS의 (112)면이 성장하기에 용이하게 증착되었다. DC power가 증가할수록 증착 속도는 증가하였고, 박막의 결정성이 현저하게 향상되었다.
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