[논문]RF 마그네트론 스퍼터링법에 의해 PET 기판 위에 증착된 ITO 박막의 특성에 대한 산소 분압의 영향

김선태; 김태규; 조현; 김진곤

doi:10.6111/jkcgct.2014.24.6.252

초록
AI-Helper

ITO(indium tin oxide) 박막을 RF 마그네트론 스퍼터링법에 의해 산소 분압을 0에서 $6{\times}10^{-5}$ Pa로 변화시킨 조건 하에서 PET 기판 위에 증착하였고, 산소 분압에 따른 ITO 박막의 전기적, 광학적 특성과 결정성의 변화를 조사하였다. 산소 분압이 $1{\times}10^{-5}$ Pa 이하에서는 증착된 ITO 박막은 비정질 구조를 가지는 반면에 $2{\times}10^{-5}$ Pa 이상에서는 결정질임을 확인하였다. 이러한 구조적 변화와 더불어 전하 캐리어 농도와 비저항이 증가하였다. 산소 분압이 $4{\times}10^{-5}$ Pa에서 최소 비저항($9.8{\times}10^{-4}{\Omega}{\cdot}cm$)을 얻을 수 있었다. ITO/PET 박막의 광투과율도 산소 분압이 증가함에 따라 증가하였으며 산소 분압 $4{\times}10^{-5}$ Pa에서 80 % 이상을 나타내었다. 본 연구를 통하여 최적의 산소 분압 선정이 ITO 박막의 결정성 향상, 캐리어 밀도 향상 그리고 전기전도도 향상 효과를 나타냄을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Indium tin oxide (ITO) films with various oxygen partial pressure from 0 to $6{\times}10^{-5}$ Pa were prepared onto polyethylene terephthalate (PET) using RF magnetron sputtering at room temperature. The structural, electrical and optical properties of the grown ITO films were investigat...

Indium tin oxide (ITO) films with various oxygen partial pressure from 0 to $6{\times}10^{-5}$ Pa were prepared onto polyethylene terephthalate (PET) using RF magnetron sputtering at room temperature. The structural, electrical and optical properties of the grown ITO films were investigated as a function of the oxygen partial pressure. The amorphous nature of the ITO films was dominant at the partial pressure below $1{\times}10^{-5}$ Pa and the degree of crystallinity increased as the oxygen concentration increased further. This structural change comes with the increased carrier concentration and reduction of the electrical resistivity down to $9.8{\times}10^{-4}{\Omega}{\cdot}cm$. The average transmittance (at 400~800 nm) of the ITO deposited on the PET substrates increased as the oxygen partial pressure increased and transmittance above 80 % was achieved with the partial pressure of $4{\times}10^{-5}$ Pa. The results show that the choice of optimal oxygen partial pressure can present improved film crystallinity, the increased carrier concentration, and the enhancement in the electrical conductivity.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 연구에서는 PET 기판에 RF magnetron sputtering법으로 증착 시 산소 분압에 따른 ITO 박막 특성을 조사하기 위해 아르곤-산소 혼합가스를 사용하여 ITO 박막을 제조하였다. 산소 분압이 2 × 10⁻⁵ Pa 이상일 때 증착된 ITO 박막은 결정성을 나타내었다.

제안 방법

비저항과 전하 농도 그리고 이동도를 측정하기 위해 Hall effect measurement (Ecopia, HMS-3000) 장비를 이용하였다. 광투과도는 UV-vis spectrophotometer(Thermo Scientific, Evolution 220)를 사용하여 300~1000 nm 영역의 파장에서 측정하였다.
본 논문에서는 의도적인 열처리를 하지 않고 우수한 비저항을 가진 ITO 박막을 얻기 위해 아르곤-산소 혼합 기체를 사용하였다. 다양한 산소 분압을 적용하여 RF 마그네트론 스퍼터를 이용하여 상온에서 PET 기판 위에 ITO 박막을 증착하였다. 이렇게 증착된 ITO 박막의 산소 분압에 따른 결정성, 비저항, 광투과도를 분석하기 위해 Ellipsometry, XRD, Hall effect measurement, UVvis spectrometer를 이용하여 측정을 실시하였다.
다양한 산소 분압을 적용하여 RF 마그네트론 스퍼터를 이용하여 상온에서 PET 기판 위에 ITO 박막을 증착하였다. 이렇게 증착된 ITO 박막의 산소 분압에 따른 결정성, 비저항, 광투과도를 분석하기 위해 Ellipsometry, XRD, Hall effect measurement, UVvis spectrometer를 이용하여 측정을 실시하였다.
전체 가스 유량은 50 sccm으로 고정하고, 산소의 분압은 아르곤 가스와 산소 가스의 유량을 MFC(Mass Flow Controller)로 제어하여 1 × 10−5 Torr에서 6 × 10−5 Torr까지 변화시켰다.
증착된 ITO 박막의 두께는 spectroscopic ellipsometry(SE, Jobin-Yvon, UVISEL)를 이용하여 측정하였고, 박막의 결정 구조는 X-ray diffraction (XRD, Empyrean, Empyrean series 2)를 이용하여 분석하였다. 비저항과 전하 농도 그리고 이동도를 측정하기 위해 Hall effect measurement (Ecopia, HMS-3000) 장비를 이용하였다.

대상 데이터

ITO 박막은 90 wt% In₂O₃^-10wt% SnO₂ 합금 타겟을 사용하여 두께 0.125 mm 상용 PET 기판에 rf 마그네트론 스퍼터를 이용하여 상온에서 증착하였다. PET 기판은 아세톤, 에탄올 그리고 2차 증류수에서 각각 10분간 상태로 초음파 세척하였다.
기판과 타겟 간의 거리는 8 cm, 스퍼터 파워는 150 W로 적용하였다. ITO 박막의 두께는 250 nm 정도로 증착하였다.
본 논문에서는 의도적인 열처리를 하지 않고 우수한 비저항을 가진 ITO 박막을 얻기 위해 아르곤-산소 혼합 기체를 사용하였다. 다양한 산소 분압을 적용하여 RF 마그네트론 스퍼터를 이용하여 상온에서 PET 기판 위에 ITO 박막을 증착하였다.

이론/모형

증착된 ITO 박막의 두께는 spectroscopic ellipsometry(SE, Jobin-Yvon, UVISEL)를 이용하여 측정하였고, 박막의 결정 구조는 X-ray diffraction (XRD, Empyrean, Empyrean series 2)를 이용하여 분석하였다. 비저항과 전하 농도 그리고 이동도를 측정하기 위해 Hall effect measurement (Ecopia, HMS-3000) 장비를 이용하였다. 광투과도는 UV-vis spectrophotometer(Thermo Scientific, Evolution 220)를 사용하여 300~1000 nm 영역의 파장에서 측정하였다.

성능/효과

광투과도는 산소 농도에 큰 영향을 받지 않았으나 산소 분압 4 × 10⁻⁵ Pa에서 80 % 이상의 투과도를 얻을 수 있었다. 결론적으로 의도적인 열처리를 하지 않고 적절히 산소 분압에서 우수한 전기적 특성과 투과도를 가진 ITO 박막을 제조할 수 있음을 확인하였다.
이러한 비저항의 변화는 산소 분압의 변화에 따른 전하 캐리어 농도의 변화가 주 요인임을 확인하였다. 광투과도는 산소 농도에 큰 영향을 받지 않았으나 산소 분압 4 × 10⁻⁵ Pa에서 80 % 이상의 투과도를 얻을 수 있었다. 결론적으로 의도적인 열처리를 하지 않고 적절히 산소 분압에서 우수한 전기적 특성과 투과도를 가진 ITO 박막을 제조할 수 있음을 확인하였다.
그리고 산소 분압이 증가할수록 이동도는 조금씩 증가하였고, 6 × 10−5 Pa에서 최대값인 31.56 cm 2 /V · sec을 나타내었다.
산소 분압이 2 × 10−5 Torr 이상 증가하면 2θ = 50.8o에서 (440) orientation이 발달하는 것을 확인할 수 있으며, 이는 ITO 박막의 결정성이 증가함을 의미한다.
산소 분압이 4 × 10−5 Pa일 때 최소값 9.85 × 10−4 Ω · cm으로 측정되었으며, 산소 분압이 6 × 10−5 Pa으로 증가하면 약간 증가하였다.
산소 분압이 증가함에 따라 비저항은 감소하다가 4 × 10−5 Pa에서 가장 낮은 저항값 9.85 × 10−4 Ω · cm을 보였으며, 그 이상의 산소 분압에서는 비저항이 증가하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	PET 기판 위에 제작된 ITO 박막이 낮은 결정성과 낮은 전기 전도도를 가지게 되는 이유는?	그러나 고품질 ITO 박막을 얻기 위해서는 ITO의 높은 결정성이 요구되며, 결정성을 향상시키기 위해 200도 이상의 높은 공정 온도를 필요로 한다[8]. PET는 유리 전이 온도가 낮아 공정 온도를 높일 수 없기 때문에 PET 기판 위에 우수한 특성을 가지는 ITO를 제작하는 것은 어렵다[9]. 이로 인해 PET 기판 위에 제작된 ITO 박막은 낮은 결정성과 낮은 전기 전도도를 가지게 된다.
	ITO는 어떤 특성이 우수한가?	ITO(indium tin oxide)는 전기저항이 낮고 가시광 영역에서 광투과도가 매우 우수하여[1, 2], 평면 디스플레 이와 광전 소자 등에 투명 전도성 재료로 널리 사용되고 있다[3, 4]. 최근에 플렉시블 전자 산업 분야에 대한 관심이 높아짐에 따라 플라스틱 기판 위에 고품질 ITO 박막을 제작하고자 하는 연구도 활발히 이루어지고 있다 [5-7].
	PET는 주로 어느 기판으로 사용하는가?	최근에 플렉시블 전자 산업 분야에 대한 관심이 높아짐에 따라 플라스틱 기판 위에 고품질 ITO 박막을 제작하고자 하는 연구도 활발히 이루어지고 있다 [5-7]. 플라스틱 기판으로 다양한 폴리머가 사용되고 있지만, 높은 광투과도와 우수한 기계적 성질 그리고 상대적으로 낮은 가격 때문에 PET(polyethylene terephthalate) 가 플렉시블 기판으로 주로 사용되고 있다. 그러나 고품질 ITO 박막을 얻기 위해서는 ITO의 높은 결정성이 요구되며, 결정성을 향상시키기 위해 200도 이상의 높은 공정 온도를 필요로 한다[8].

참고문헌 (12)

L. Kerkache, A. Layadi, E. Dogheche and D. Remiens, "Physical properties of RF sputtered ITO thin films and annealing effect", J. Phys. D: Appl. Phys. 39 (2006) 184.

상세보기
N. Nadaud, N. Lequeux and M. Nanot, "Structural studies of tin-doped indium tin oxide (ITO) and $In_4Sn_3O_12$ ", J. Solid State Chem. 135 (1998) 140.

상세보기
B.H. Lee, I.G. Kim, S.W. Cho and S.H. Lee, "Effect of process parameters on the characteristics of indium tin oxide thin film for flat panel display application", Thin Solid Films 302 (1997) 25.

상세보기
S.K. Park, J.I. Han, W.K. Kim and M.G. Kwak, "Deposition of indium-tin-oxide films on polymer substrates for application in plastic-based flat panel displays", Thin Solid Films 397 (2001) 49.

상세보기
D.C. Paine, T. Whitson, D. Janiac, R. Beresford, C.O. Yang and B. Lewis, "A study of low temperature crystallization of amorphous thin film indium-tin-oxide", Appl. Phys. 85 (1999) 8445.

상세보기
L. Hao, X. Diao, H. Xu, B. Gu and T. Wang, "Thickness dependence of structural, electrical and optical properties of indium tin oxide (ITO) films deposited on PET substrates", Appl. Surf. Sci. 254 (2008) 3504.

상세보기
D.H. Kim, M.R. Park, H.J. Lee and G.H. Lee, "Thickness dependence of electrical properties of ITO film deposited on a plastic substrate by RF magnetron sputtering", Appl. Surf. Sci. 253 (2006) 609.
R.B.H. Tahar, T. Ban, Y. Ohya and Y. Takahashi, "Tin doped indium oxide thin films: Electrical properties", J. Appl. Phys. 83 (1998) 2631.

상세보기
I. Hamberg and C.G. Granqvist, "Evaporated sndoped $In_2O_3$ films: Basic optical properties and applications to energy efficient windows", J. Appl. Phys. 60 (1986) R123.

상세보기
S. Ohno, Y. Kawaguchi, A. Miyamura, Y. Sato, P.K. Song, M. Yoshikawa, P. Frach and Y. Shigesato, "High rate deposition of tin-doped indium oxide films by reactive magnetron sputtering with unipolar pulsing and plasma emission feedback systems", Sci. Technol. Adv. Mater. 7 (2006) 56.

상세보기
G.B. Gonzalez, T.O. Mason, J.P. Quintana, O. Warschkow, D.E. Ellis, J.H. Hwang, J. Hodges and J. Jorgensen, "Defect structure studies of bulk and nano-indium-tin oxide", J. Appl. Phys. 96 (2004) 3912.

상세보기
P. Thilakan and J. Kumar, "Reactive thermal deposition of indium oxide and tin-doped indium oxide thin films on InP substrates", Thin Solid Films 292 (1997) 50.

상세보기

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

RF 마그네트론 스퍼터링법에 의해 PET 기판 위에 증착된 ITO 박막의 특성에 대한 산소 분압의 영향
Effects of oxygen partial pressure on the properties of indium tin oxide film on PET substrates by RF magnetron sputtering 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

질의응답

참고문헌 (12)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

RF 마그네트론 스퍼터링법에 의해 PET 기판 위에 증착된 ITO 박막의 특성에 대한 산소 분압의 영향 Effects of oxygen partial pressure on the properties of indium tin oxide film on PET substrates by RF magnetron sputtering 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

질의응답

참고문헌 (12)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

김태규 (43) 조현 (32) 김진곤 (9)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

RF 마그네트론 스퍼터링법에 의해 PET 기판 위에 증착된 ITO 박막의 특성에 대한 산소 분압의 영향
Effects of oxygen partial pressure on the properties of indium tin oxide film on PET substrates by RF magnetron sputtering 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper