RF 마그네트론 스퍼터링법을 이용하여 Al 도핑ZnO박막을 공정 압력에 따라 증착하고 박막의 구조적, 광학적, 전기적 특성을 연구하였다. 공정 압력 의 최적화를 위해 공정압력을 0.07 Torr, 0.02 Torr, 그리고 0.007 Torr로 변화하였다. 공정압력이 감소하면서, Al 도핑 ZnO 박막의 결정성은 향상되었고 표면 거칠기도 감소하였다. 모든 Al 도핑 ZnO 박막은 가시광선 영역(400~800 nm)에서 80% 이상 투과도를 보였다. 0.007 Torr의 공정 압력에서 가장 좋은 전기적 특성을 보였는데 이는 표면거칠기 감소에 따른 산소 흡착이 감소하여 나타난 현상으로 판단된다.
RF 마그네트론 스퍼터링법을 이용하여 Al 도핑 ZnO 박막을 공정 압력에 따라 증착하고 박막의 구조적, 광학적, 전기적 특성을 연구하였다. 공정 압력 의 최적화를 위해 공정압력을 0.07 Torr, 0.02 Torr, 그리고 0.007 Torr로 변화하였다. 공정압력이 감소하면서, Al 도핑 ZnO 박막의 결정성은 향상되었고 표면 거칠기도 감소하였다. 모든 Al 도핑 ZnO 박막은 가시광선 영역(400~800 nm)에서 80% 이상 투과도를 보였다. 0.007 Torr의 공정 압력에서 가장 좋은 전기적 특성을 보였는데 이는 표면거칠기 감소에 따른 산소 흡착이 감소하여 나타난 현상으로 판단된다.
We have studied structural, optical, and electrical properties of the Al-doped ZnO (AZO) thin films using RF magnetron sputtering with various working pressure. To find optimal properties of AZO for transparent conducting oxides, the working pressure in sputtering process was varied as 0.07 Torr, 0....
We have studied structural, optical, and electrical properties of the Al-doped ZnO (AZO) thin films using RF magnetron sputtering with various working pressure. To find optimal properties of AZO for transparent conducting oxides, the working pressure in sputtering process was varied as 0.07 Torr, 0.02 Torr, and 0.007 Torr, respectively. As working pressure increased, the crystallinity of AZO thin film was improved, the surface roughness of AZO thin film decreased. The transmittance of the film was over 80% in the visible light range regardless of the changes in working pressure. In case of 0.007 Torr, best electrical properties was shown due to the reduction of oxygen absorption by decreasing surface roughness.
We have studied structural, optical, and electrical properties of the Al-doped ZnO (AZO) thin films using RF magnetron sputtering with various working pressure. To find optimal properties of AZO for transparent conducting oxides, the working pressure in sputtering process was varied as 0.07 Torr, 0.02 Torr, and 0.007 Torr, respectively. As working pressure increased, the crystallinity of AZO thin film was improved, the surface roughness of AZO thin film decreased. The transmittance of the film was over 80% in the visible light range regardless of the changes in working pressure. In case of 0.007 Torr, best electrical properties was shown due to the reduction of oxygen absorption by decreasing surface roughness.
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문제 정의
따라서, 본 연구에서는 RF 마그네트론 스퍼터링 장비를 이용하여 공정 압력 변화에 따라 AZO 박막을 증착하고 AZO 박막의 전기적, 광학적 특성을 분석하여 공정 압력이 AZO 박막에 미치는 영향을 살펴보았다.
본 연구에서는 RF 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 공정 압력에 따른 AZO 박막을 제작 후 특성을 조사하였다. 공정 압력 증가에 따라 결정성은 향상되었으며, 표면 거칠기는 감소하였고 면저항도 감소함을 보였다.
제안 방법
AZO 박막을 증착하기 위해 초기 진공을 2.0×10-6 Torr까지 만든 다음 Ar 가스 60 sccm와 쓰로틀 게이트 밸브를 이용하여 공정 압력을 0.007, 0.02, 그리고 0.07 Torr로 변화하였다.
표면의 거칠기는 원자력 현미경(AFM)을 사용하여 측정한 후 박막의 특성을 비교 분석하였다. 가시광 영역에서의 투과도는 자외선-가시광선-근적외선(UV-Vis-NIR)의 분광분석기를 이용하여 측정하였다. AZO 박막의 전기적인 특성은 Hall 측정을 통하여 측정하였다.
02 Torr에서 가장 강한 XRD 강도를 보였다. 반치폭(FWHM)을 분석하여 공정 압력 변화에 따른 결정성을 확인하였다. 공정 압력이 0.
증착된 AZO 박막의 결정 구조와 결정성을 분석하기 위해 X-선 회절분석기(XRD)를 이용하였다. 표면의 거칠기는 원자력 현미경(AFM)을 사용하여 측정한 후 박막의 특성을 비교 분석하였다.
증착된 AZO 박막의 결정 구조와 결정성을 분석하기 위해 X-선 회절분석기(XRD)를 이용하였다. 표면의 거칠기는 원자력 현미경(AFM)을 사용하여 측정한 후 박막의 특성을 비교 분석하였다. 가시광 영역에서의 투과도는 자외선-가시광선-근적외선(UV-Vis-NIR)의 분광분석기를 이용하여 측정하였다.
대상 데이터
스퍼터링 타겟으로 2 wt%의 Al2O3가 도핑된 직경 3인치의 디스크 타입 ZnO 타겟을 이용하였고 증착 전 사전 스퍼터링을 10분간 실시하였다. AZO 박막은 RF 파워 25 W, 증착온도 상온의 조건에서 시행되었고 증착된 모든 박막의 두께는 약 200 nm로 고정하였다. AZO 박막증착을 위한 공정 조건이 Table 1에 나타나있다.
07 Torr로 변화하였다. 스퍼터링 타겟으로 2 wt%의 Al2O3가 도핑된 직경 3인치의 디스크 타입 ZnO 타겟을 이용하였고 증착 전 사전 스퍼터링을 10분간 실시하였다. AZO 박막은 RF 파워 25 W, 증착온도 상온의 조건에서 시행되었고 증착된 모든 박막의 두께는 약 200 nm로 고정하였다.
이론/모형
가시광 영역에서의 투과도는 자외선-가시광선-근적외선(UV-Vis-NIR)의 분광분석기를 이용하여 측정하였다. AZO 박막의 전기적인 특성은 Hall 측정을 통하여 측정하였다.
공정 압력에 따른 결정립 크기를 확인하기 위해 XRD 결과를 이용하여 다음의 Scherrer 공식을 이용하여 계산하였다 [14].
성능/효과
007 Torr에서는 328 nm로 다시 증가하였다. 380 nm 부근에서 흡수곡선은 AZO 박막의 광학적인 밴드갭에 의한 것으로 0.007 Torr에서 가장 큰 3.78 eV의 광학적 밴드갭을 갖음을 확인하였다.
9 cm2/V·s 로 급격히 증가하였다. 공정 압력 0.007 Torr에서 가장 우수한 전기적 특성을 나타내었다. 공정 압력에 따른 전기적 특성의 변화는 AFM의 표면 거칠기 결과와 일치함을 보여 주고 있는데 거칠기에 의해 전기적 특성이 영향을 받은 것으로 판단된다.
본 연구에서는 RF 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 공정 압력에 따른 AZO 박막을 제작 후 특성을 조사하였다. 공정 압력 증가에 따라 결정성은 향상되었으며, 표면 거칠기는 감소하였고 면저항도 감소함을 보였다. 면저항 감소는 표면 거칠기 감소에 의한 산소 흡착 감소에 의해 이동도가 증가하여 나타난 현상으로 판단된다.
면저항 감소는 표면 거칠기 감소에 의한 산소 흡착 감소에 의해 이동도가 증가하여 나타난 현상으로 판단된다. 따라서 AZO 박막 제작에 있어서 공정 압력이 중요한 증착인자이고 AZO 박막 증착 시 낮은 공정 압력이 구조적 그리고 전기적인 특성을 향상 시킬 수 있음을 확인하였다.
3에 나타나 있다. 박막의 표면 형상을 통해서 결정립들이 조밀하게 성장되었음을 확인하였다. AZO 박막의 표면 거칠기는 공정 압력이 0.
02 Torr에서 가장 좋은 결정성을 나타냄을 보이고 있다. 이결과를 통해 볼 때 AZO 박막의 구조적특성이 공정 압력에 많은 영향을 받고 있음을 확인하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
Al 도핑 ZnO 박막 제작은 어떤 방법으로 이루어지고 있는가?
ZnO에 Al 원자를 도핑하면 결정 내에 위치해 있는 Zn와 Al 원자들이 치환을 하는 과정에서 전자를 하나 더 배출하게 되어 AZO 박막의 전기 전도도가 향상되게 된다 [5-7]. AZO 박막제작은 MBE (molecular beam epitaxy), RF 마그네트론 스퍼터링, CVD (chemical vapor deposition), Sol-gel 그리고 PLD (pulsed laser deposition) 등 다양한 방법으로 이루어지고 있다 [8-12]. 이 중 RF magnetron sputtering은 반도체 공정에서 많이 쓰이는 방법 중의 하나로 장치가 간단하며, 높은 증착률과 대면적의 막을 얻을 수 있는 장점이 있다.
ITO의 장점은?
최근, 디스플레이, 광전 소자의 기술이 발전함에 따라 투명 전도 산화막(TCO)의 제조 및 특성에 대한 많은 연구가 진행되고 있다 [1]. 현재 가장 널리 사용되고 있는 투명 전도 산화막 재료는 ITO (indium tin oxide) 로 전기적, 광학적 특성이 매우 우수하지만 In 공급량 부족으로 재료비 상승, In의 독성, 저온 증착의 어려움, 수소 플라즈마 하에서의 열화와 In과 Sn의 환원성 등의 문제점을 안고 있다[2]. 이러한 ITO 단점을 보완하기 위해 새로운 재료들이 연구되고 있는데 그 중에 Al 도핑 ZnO (AZO)는 전기 전도성과 가시광선 영역에서의 투과성이 우수하며 수소 플라즈마에 대한 강한 내구성, 비교적 낮은 제조비용 등으로 ITO를 대체하기 위한 물질로 간주되고 있다 [3,4].
현재 가장 널리 사용되고 있는 투명 전도 산화막 재료는 무엇인가?
최근, 디스플레이, 광전 소자의 기술이 발전함에 따라 투명 전도 산화막(TCO)의 제조 및 특성에 대한 많은 연구가 진행되고 있다 [1]. 현재 가장 널리 사용되고 있는 투명 전도 산화막 재료는 ITO (indium tin oxide) 로 전기적, 광학적 특성이 매우 우수하지만 In 공급량 부족으로 재료비 상승, In의 독성, 저온 증착의 어려움, 수소 플라즈마 하에서의 열화와 In과 Sn의 환원성 등의 문제점을 안고 있다[2]. 이러한 ITO 단점을 보완하기 위해 새로운 재료들이 연구되고 있는데 그 중에 Al 도핑 ZnO (AZO)는 전기 전도성과 가시광선 영역에서의 투과성이 우수하며 수소 플라즈마에 대한 강한 내구성, 비교적 낮은 제조비용 등으로 ITO를 대체하기 위한 물질로 간주되고 있다 [3,4].
참고문헌 (15)
Z. Y. Wang, L. Z. Hu, J. Zhao, J. Sun, and Z. J. Wang, Vacuum 78, 53 (2005).
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