고주파 마그네트론 스퍼터링법에 의해 제작된 ITZO (indium tin zinc oxide) 박막의 전기적 및 광학적 특성 Electrical and Optical Properties of ITZO Thin Films Deposited by RF Magnetron Sputtering원문보기
본 연구에서는 RF magnetron sputtering 법으로 상온에서 공정압력 (1~7 mTorr) 을 변화시켜가며 유리기판(Eagle 2000) 위에 ITZO ($In_2O_3$ : $SnO_2$ : ZnO = 90wt.%: 5wt.%: 5wt.%) 박막을 제작하여, 구조적 특성과 광학적 및 전기적 특성을 조사하였다. XRD 와 FESEM 측정을 통해, 공정압력에 무관하게 모든 ITZO 박막이 부드러운 표면의 비정질 구조를 가지고 있음을 확인할 수 있었다. 공정압력 3mTorr 에서 증착한 ITZO 박막이 비저항 $3.08{\times}10^{-4}{\Omega}{\cdot}cm$, 가시광 영역에서 평균 투과도 81 % 와 재료평가지수$10.52{\times}10^{-3}{\Omega}^{-1}$ 의 가장 우수한 전기적 및 광학적 특성을 나타내었다.
본 연구에서는 RF magnetron sputtering 법으로 상온에서 공정압력 (1~7 mTorr) 을 변화시켜가며 유리기판(Eagle 2000) 위에 ITZO ($In_2O_3$ : $SnO_2$ : ZnO = 90wt.%: 5wt.%: 5wt.%) 박막을 제작하여, 구조적 특성과 광학적 및 전기적 특성을 조사하였다. XRD 와 FESEM 측정을 통해, 공정압력에 무관하게 모든 ITZO 박막이 부드러운 표면의 비정질 구조를 가지고 있음을 확인할 수 있었다. 공정압력 3mTorr 에서 증착한 ITZO 박막이 비저항 $3.08{\times}10^{-4}{\Omega}{\cdot}cm$, 가시광 영역에서 평균 투과도 81 % 와 재료평가지수 $10.52{\times}10^{-3}{\Omega}^{-1}$ 의 가장 우수한 전기적 및 광학적 특성을 나타내었다.
ITZO ($In_2O_3$ : $SnO_2$ : ZnO = 90wt.% : 5wt.% : 5wt.%) thin films were fabricated on glass substrates (Eagle 2000) at room temperature with various working pressures (1~7 mTorr) by RF magnetron sputtering. The influence of the working pressure on the structural, electrical, ...
ITZO ($In_2O_3$ : $SnO_2$ : ZnO = 90wt.% : 5wt.% : 5wt.%) thin films were fabricated on glass substrates (Eagle 2000) at room temperature with various working pressures (1~7 mTorr) by RF magnetron sputtering. The influence of the working pressure on the structural, electrical, and optical properties of the ITZO thin films were investigated. The XRD and FESEM results showed that all ITZO thin films are amorphous structures with very smooth surfaces regardless of the working pressure. Amorphous ITZO thin films deposited at 3 mTorr showed the best properties, such as a low resistivity, high transmittance, and figure of merit of $3.08{\times}10^{-4}{\Omega}{\cdot}cm$, 81 %, and $10.52{\times}10^{-3}{\Omega}^{-1}$, respectively.
ITZO ($In_2O_3$ : $SnO_2$ : ZnO = 90wt.% : 5wt.% : 5wt.%) thin films were fabricated on glass substrates (Eagle 2000) at room temperature with various working pressures (1~7 mTorr) by RF magnetron sputtering. The influence of the working pressure on the structural, electrical, and optical properties of the ITZO thin films were investigated. The XRD and FESEM results showed that all ITZO thin films are amorphous structures with very smooth surfaces regardless of the working pressure. Amorphous ITZO thin films deposited at 3 mTorr showed the best properties, such as a low resistivity, high transmittance, and figure of merit of $3.08{\times}10^{-4}{\Omega}{\cdot}cm$, 81 %, and $10.52{\times}10^{-3}{\Omega}^{-1}$, respectively.
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문제 정의
이에 본 연구에서는 고주파 마그네트론 스퍼터링 (RF magnetron sputtering) 법으로 ITZO 박막을 제작하여, 공정압력에 따른 박막의 구조적, 전기적 및 광학적 특성들을 체계적으로 조사하여 차세대 투명 전도막으로서의 응용 가능성을 조사하였다.
제안 방법
ITZO (In2O3 : SnO2 : ZnO = 90wt.% : 5wt.% : 5wt.%) 타켓과 유리기판을 스퍼터 챔버내에 고정시킨 후, 초기 진공을 2 × 10-6 Torr 으로 만들었다.
ITZO 박막의 구조적 특성을 조사하기 위해 X-ray Diffractometer (XRD, Plilips, PW3020) 를 이용하였으며, 박막의 미세구조와 표면형상은 FESEM (Hitachi, S-4200)을 이용하여 측정하였다. 광학적 특성은 UVVis Spectrometer (Varian, Cary-500) 를 이용하여 측정하였고, 전기적 특성은 Van der Pauw 법을 이용한 Hall effect measurement (Accent, HL5500PC) 를 실시하여 조사하였다.
본 연구에서는 고주파 마그네트론 스퍼터링 (RF magnetron sputtering) 법으로 상온에서 RF 파워를 50W 로 고정시키고 공정압력을 변화시켜가며 유리기판 (Eagle 2000 ) 위에 ITZO (In2O3 : SnO2 : ZnO = 90wt.% : 5wt.% : 5wt.%) 박막을 제작하여, 구조적 특성과 광학적 및 전기적 특성을 조사하였다. XRD 측정을 통해 공정압력에 상관없이 모든 ITZO 박막이 비정질 구조를 가지고 있음을 확인할 수 있었다.
%) 타켓과 유리기판을 스퍼터 챔버내에 고정시킨 후, 초기 진공을 2 × 10-6 Torr 으로 만들었다. 상온에서 RF 파워를 50W 로 고정시키키고, 공정압력을 1 에서 7 mTorr 로 변화시켜 ITZO 박막을 제작하였다.
고주파 마그네트론 스퍼터링 법을 이용하여 유리기판 (Eagle 2000) 위에 ITZO 박막을 증착시켰다. 유리기판 표면에 있는 불순물을 제거하기 위하여 아세톤 (15 분) / 알코올 (15분) / 증류수 1차 (10분) / 증류수 2차 (10 분) 초음파 세척을 하였고 질소 가스를 이용하여 건조하였다. ITZO (In2O3 : SnO2 : ZnO = 90wt.
이론/모형
고주파 마그네트론 스퍼터링 법을 이용하여 유리기판 (Eagle 2000) 위에 ITZO 박막을 증착시켰다. 유리기판 표면에 있는 불순물을 제거하기 위하여 아세톤 (15 분) / 알코올 (15분) / 증류수 1차 (10분) / 증류수 2차 (10 분) 초음파 세척을 하였고 질소 가스를 이용하여 건조하였다.
ITZO 박막의 구조적 특성을 조사하기 위해 X-ray Diffractometer (XRD, Plilips, PW3020) 를 이용하였으며, 박막의 미세구조와 표면형상은 FESEM (Hitachi, S-4200)을 이용하여 측정하였다. 광학적 특성은 UVVis Spectrometer (Varian, Cary-500) 를 이용하여 측정하였고, 전기적 특성은 Van der Pauw 법을 이용한 Hall effect measurement (Accent, HL5500PC) 를 실시하여 조사하였다. 론은 필요에 따라 3-4 개의 장으로 편집할 수 있습니다.
성능/효과
XRD 측정을 통해 공정압력에 상관없이 모든 ITZO 박막이 비정질 구조를 가지고 있음을 확인할 수 있었다. ITZO 박막의 표면을 FESEM 으로 관찰한 결과, 공정압력에 상관없이 모든 ITZO 박막이 핀홀이나 크랙 같은 결함이 없는 매우 부드러운 표면을 나타내었다. Hall 측정 결과, 공정압력 3 mTorr 에서 증착한 ITZO 박막이 3.
%) 박막을 제작하여, 구조적 특성과 광학적 및 전기적 특성을 조사하였다. XRD 측정을 통해 공정압력에 상관없이 모든 ITZO 박막이 비정질 구조를 가지고 있음을 확인할 수 있었다. ITZO 박막의 표면을 FESEM 으로 관찰한 결과, 공정압력에 상관없이 모든 ITZO 박막이 핀홀이나 크랙 같은 결함이 없는 매우 부드러운 표면을 나타내었다.
가시광 영역 (400∼ 800 nm)에서의 평균 투과도는 공정압력 3 mTorr에서 증착한 ITZO 박막에서 81 % 정도로 가장 높게 나타났다.
공정압력에 따른 투과도 곡선의 커다란 차이점은 나타나지 않았으며, 자외선 및 청색 영역(450∼550nm)에 비해 녹색 영역(550∼600nm)에서의 투과도가 높게 나타났다.
면저항과 가시광 영역에서의 평균 투과도를 이용하여 재료평가지수를 구한 결과 공정압력 3 mTorr 에서 증착한 ITZO 박막이 10.52 × 10-3Ω-1의 가장 큰 값을 나타내었다.
투과도 곡선을 측정한 결과 공정압력에 따른 커다란 차이점은 나타나지 않았으며, 가시광 영역 (400∼800 nm) 에서의 평균 투과도는 공정압력 3 mTorr 에서 증착한 ITZO 박막에서 81 % 정도로 가장 높게 나타났다.
후속연구
본 연구를 통해 상온에서 증착한 비정질의 ITZO 박막이 우수한 광학적 및 전기적 특성을 나타냄을 확인할 수 있었고, 향후 공정 조건에 대한 체계적인 연구를 진행한다면 OLED와 같은 차세대 플렉시블 디스플레이의 투명 전도막으로서 매우 유망한 재료가 될 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
ITO 박막을 디스플레이 소자에 적용하는 데에 결점은?
[1-2] 하지만 ITO 박막을 디스플레이 소자에 적용하는 데는 몇 가지 개선점이 요구된다. 디스플레이 소자들에 응용 가능한 좋은 특성의 ITO 박막을 얻기 위해서는 고온 공정 (≥ 300℃) 이 반드시 필요하고, 표면이 거칠어 소자의 수명에 치명적인 영향을 줄 수 있다.[3-4] 특히 OLED 와 같은 플렉시블 디스플레이나 전자 종이 (e-paper) 등 미래 디스플레이 소자의 경우에는 저온 증착 공정이 반드시 필요하다.
IZO 박막의 단점은?
이러한 ITO 박막의 결점을 해결하기 위한 시도로 전도성 고분자 (PEDOT : PSS)[5], 그래핀 (graphene)[6] 등의 신규 투명 재료 등이 다양하게 연구 중이지만 높은 저항과 낮은 광투과율 등의 문제로 아직까지는 결정질 ITO 박막을 대체할만한 수준의 특성을 확보하지 못하고 있다. 또 다른 연구로는 In2O3 를 기반으로 하는 IZO (indium zinc oxide) 박막에 대한 것인데, 스퍼터링 타겟으로 제작하기가 복잡하고 가격이 비싸다는 단점을 가지고 있다.[7] 최근에 ITZO (indium tin zinc oxide) 가 ITO 를 대체할 수 있는 차세대 투명 전도막으로 많은 관심을 끌고 있다.
ITO 박막의 장점은?
이에 따라 이들 디스플레이 소자에 사용되는 투명 전도막 (transparent conductive oxide) 에 대한 연구도 점점 더 중요해지고 있다. In 의 함량이 90~95 % 인 ITO (indium tin oxide) 박막은 우수한 전기 전도성 (~10 Ω/sq.) 과 가시광 영역에서 높은 투과도 (80~85 %) 을 나타내 평판 디스플레이 소자와 태양전지 등에 가장 널리 사용되고 있는 투명 전도막이다.[1-2] 하지만 ITO 박막을 디스플레이 소자에 적용하는 데는 몇 가지 개선점이 요구된다.
참고문헌 (12)
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Y. Liang, J. Frisch, L. Zhi, H. N. Arasi, X. Feng, J. P. Rabe, N. Koch, and K. Mullen, "Transparent, Highly Conductive Graphene Electrodes from Acetylene Assi sted Thermolysis of Graphite Oxide Sheets and Nanographene Molecules," Nanotechnology, vol. 20, pp. 434007 (2009).
D. J. Son, Y. D. Ko, D. G. Jung, J. H. Boo, S. H. Choa, and Y. S. Kim, "Thermal Effect on Characteristics of IZTO Thin Films Deposited by Pulsed DC Magnetron Sputtering," Bull. Korean Chem. Soc., vol. 32, pp. 847-851, 2011.
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J. H. Bae, J. M. Moon, S. W. Jeong, J. J. Kim, J. W. Kang, D. G. Kim, J. K. Kim, J. W. Park, and H. K. Kim, "Transparent Conducting Indium Zinc Tin Oxide Anode for Highly Efficient Phosphorescent Organic Light Emitting Diodes," J. Electrochem. Soc., vol. 155, pp. J1-J6, 2008.
D. H. Kim, W. J. Kim, S. J. Park, H. W. Choi, and K. H. Kim, "Electrical and Optical Properties of In-Zn-Sn-O Thin Film Deposited on Polymer Substrates Through Facing Targets Co-sputtering System," Surf. Coat. Technol., vol. 205, pp. S324-S327, 2010.
Y. C. Lin, J. Y. Li, and W. T. Yen, "Low Temperature ITO Thin Film Deposition on PES Substrate Using Pulse Magnetron Sputtering," Appl. Sur. Sci., vol. 254, pp. 3262-3268, 2008.
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