RF 파워 변화에 따른 ITZO (In-Sn-Zn-O) 박막의 전기적, 광학적, 구조적 특성 Effect of RF power on the Electrical, Optical, and Structural Properties of ITZO (In-Sn-Zn-O) Thin Films원문보기
본 연구에서는 고주파 마그네트론 스퍼터링 법으로 상온에서 RF 파워를 30 에서 60W 로 변화시켜가며 유리기판 위에 ITZO 박막을 제작하여 전기적, 광학적, 구조적 특성을 조사하였다. RF 파워 50W 에서 증착한 ITZO 박막이 $10.52{\times}10^{-3}{\Omega}^{-1}$의 제일 큰 재료평가지수를 나타내었으며, 이때 $3.08{\times}10^{-4}{\Omega}-cm$의 비저항과 $11.41{\Omega}/sq.$의 면저항으로 가장 우수한 전기적 특성을 보였다. 광학적 특성을 측정한 결과, 가시광 영역 (400~800 nm) 에서의 평균 투과도는 모든 ITZO 박막에서 80 % 이상으로 나타났다. XRD 측정을 통해 RF 파워에 상관없이 모든 ITZO 박막이 비정질 구조를 가지고 있음을 확인할 수 있었다. FESEM 과 AFM 으로 ITZO 박막의 표면 형상을 관찰한 결과, 모든 ITZO 박막이 핀홀이나 크랙 같은 결함이 없는 매우 부드러운 표면을 가지며, RF 파워 50W 에서 증착한 박막이 0.254 nm의 가장 작은 표면 거칠기를 나타내었다. 본 연구를 통해 비정질 ITZO 박막이 유기발광다이오드와 같은 차세대 디스플레이 소자에서 ITO 박막을 대체할 매우 유망한 재료라는 것을 알 수 있었다.
본 연구에서는 고주파 마그네트론 스퍼터링 법으로 상온에서 RF 파워를 30 에서 60W 로 변화시켜가며 유리기판 위에 ITZO 박막을 제작하여 전기적, 광학적, 구조적 특성을 조사하였다. RF 파워 50W 에서 증착한 ITZO 박막이 $10.52{\times}10^{-3}{\Omega}^{-1}$의 제일 큰 재료평가지수를 나타내었으며, 이때 $3.08{\times}10^{-4}{\Omega}-cm$의 비저항과 $11.41{\Omega}/sq.$의 면저항으로 가장 우수한 전기적 특성을 보였다. 광학적 특성을 측정한 결과, 가시광 영역 (400~800 nm) 에서의 평균 투과도는 모든 ITZO 박막에서 80 % 이상으로 나타났다. XRD 측정을 통해 RF 파워에 상관없이 모든 ITZO 박막이 비정질 구조를 가지고 있음을 확인할 수 있었다. FESEM 과 AFM 으로 ITZO 박막의 표면 형상을 관찰한 결과, 모든 ITZO 박막이 핀홀이나 크랙 같은 결함이 없는 매우 부드러운 표면을 가지며, RF 파워 50W 에서 증착한 박막이 0.254 nm의 가장 작은 표면 거칠기를 나타내었다. 본 연구를 통해 비정질 ITZO 박막이 유기발광다이오드와 같은 차세대 디스플레이 소자에서 ITO 박막을 대체할 매우 유망한 재료라는 것을 알 수 있었다.
In this study, we fabricated ITZO thin films on glass substrates with various RF power from 30 to 60W and investigated the electrical, optical and structural properties. ITZO thin film deposited at 50W exhibited the largest figure of merit ($10.52{\times}10^{-3}{\Omega}^{-1}$) and then it...
In this study, we fabricated ITZO thin films on glass substrates with various RF power from 30 to 60W and investigated the electrical, optical and structural properties. ITZO thin film deposited at 50W exhibited the largest figure of merit ($10.52{\times}10^{-3}{\Omega}^{-1}$) and then its resistivity and sheet resistance were $3.08{\times}10^{-4}{\Omega}-cm$ and $11.41{\Omega}/sq.$, respectively. As results of optical characterization, average transmittance of all ITZO thin films were over 80%. ITZO thin films had amorphous structure regardless of the RF power. The FESEM and AFM results showed that all ITZO thin films have a very smooth surface having no cracks and defects and the film deposited at 50W exhibit the smallest surface roughness of 0.254nm. We found that a amorphous ITZO thin film is a very promising material for replacing ITO in the next display device such as OLED.
In this study, we fabricated ITZO thin films on glass substrates with various RF power from 30 to 60W and investigated the electrical, optical and structural properties. ITZO thin film deposited at 50W exhibited the largest figure of merit ($10.52{\times}10^{-3}{\Omega}^{-1}$) and then its resistivity and sheet resistance were $3.08{\times}10^{-4}{\Omega}-cm$ and $11.41{\Omega}/sq.$, respectively. As results of optical characterization, average transmittance of all ITZO thin films were over 80%. ITZO thin films had amorphous structure regardless of the RF power. The FESEM and AFM results showed that all ITZO thin films have a very smooth surface having no cracks and defects and the film deposited at 50W exhibit the smallest surface roughness of 0.254nm. We found that a amorphous ITZO thin film is a very promising material for replacing ITO in the next display device such as OLED.
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문제 정의
본 연구에서는 ITZO 박막을 고주파 마그네트론 스퍼터링 법으로 상온에서 유리기판위에 증착하여, RF 파워에 따른 ITZO 박막의 전기적, 광학적, 구조적 특성을 조사하여 차세대 평판 디스플레이로 주목받고 있는 유기발광다이오드의 투명 전도막으로의 응용 가능성을 조사하였다.
제안 방법
ITZO 박막의 구조적 특성을 조사하기 위해 X 선 회절기 (XRD, Plilips, PW3020) 를 이용하였으며, 박막의 미세구조와 표면형상은 주사형 전자 현미경 (FESEM, Hitachi, S-4200)과 원자력 현미경 (AFM, SII Nano Technology, SPA400)을 사용하여 측정하였다. X 선 광전자 분광법 (XPS, VG, ESCALAB 220) 을 이용하여 ITZO 박막의 구성 성분을 조사하였다.
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 선 회절기 (XRD, Plilips, PW3020) 를 이용하였으며, 박막의 미세구조와 표면형상은 주사형 전자 현미경 (FESEM, Hitachi, S-4200)과 원자력 현미경 (AFM, SII Nano Technology, SPA400)을 사용하여 측정하였다. X 선 광전자 분광법 (XPS, VG, ESCALAB 220) 을 이용하여 ITZO 박막의 구성 성분을 조사하였다. 광학적 특성은 분광 광도계 (UV-Vis Spectrometer, Varian, Cary-500)를 사용하여 측정하였고, 전기적 특성은 Van der Pauw법을 이용한 Hall 효과 측정 (Accent, HL5500PC) 을 실시하여 조사하였다.
고주파 마그네트론 스퍼터링 법을 이용하여 유리기판 위에 ITZO 박막을 증착시켰다. 유리기판 표면에 있는 불순물을 제거하기 위하여 아세톤 (15분) / 알코올 (15분) / 증류수 1차 (10분) / 증류수 2차 (10분) 초음파 세척을 하였고 질소 가스를 이용하여 건조하였다.
본 연구에서는 고주파 마그네트론 스퍼터링 법으로 상온에서 RF 파워를 30 에서 60 W 로 변화시켜가며 유리기판 위에 ITZO (In2O3 : SnO2 : ZnO = 90wt.% : 5wt.% : 5wt.%) 박막을 제작하여 전기적, 광학적, 구조적 특성을 조사하였다. RF 파워 50 W 에서 증착한 ITZO 박막이 10.
%) 타켓과 유리기판을 스퍼터 챔버내에 고정시킨 후, 초기 진공을 2 × 10-6 Torr 으로 만들었다. 상온에서 공정압력을 3 mTorr 로 고정시키고, RF 파워를 30 에서 60 W 로 변화시켜가며 ITZO 박막을 제작하였다.
고주파 마그네트론 스퍼터링 법을 이용하여 유리기판 위에 ITZO 박막을 증착시켰다. 유리기판 표면에 있는 불순물을 제거하기 위하여 아세톤 (15분) / 알코올 (15분) / 증류수 1차 (10분) / 증류수 2차 (10분) 초음파 세척을 하였고 질소 가스를 이용하여 건조하였다. ITZO(In2O3 : SnO2 : ZnO = 90wt.
이론/모형
X 선 광전자 분광법 (XPS, VG, ESCALAB 220) 을 이용하여 ITZO 박막의 구성 성분을 조사하였다. 광학적 특성은 분광 광도계 (UV-Vis Spectrometer, Varian, Cary-500)를 사용하여 측정하였고, 전기적 특성은 Van der Pauw법을 이용한 Hall 효과 측정 (Accent, HL5500PC) 을 실시하여 조사하였다.
성능/효과
XRD 측정을 통해 RF 파워에 상관없이 모든 ITZO 박막이 비정질 구조를 가지고 있음을 확인할 수 있었다. ITZO 박막의 표면을 FESEM 과 AFM 으로 관찰한 결과, 모든 ITZO 박막이 핀홀이나 크랙 같은 결함이 없는 매우 부드러운 표면을 가지며, RF 파워 50 W 에서 증착한 박막이 0.254 nm 의 가장 작은 표면 거칠기를 나타내었다.
RF 파워 50 W 에서 증착한 ITZO 박막의 가시광 영역에서의 평균 투과도는 81 % 로 30 이나 40 W 에서 증착한 ITZO 박막에 비해 약간 떨어지나, 그림 1에 나타낸 바와 같이 면저항이 가장 작아 재료평가지수는 10.52×10-3 Ω-1 로 가장 큰 값을 나타내었다.
RF 파워가 증가함에 따라 가시광 영역(400∼800 nm) 에서의 평균 투과도는 84 에서 80 % 로 감소하는 추세를 나타내었다.
그림 6은 AFM 으로 관찰한 ITZO 박막의 3차원 표면형상을 나타낸 것이다. RF 파워에 따른 ITZO 박막의 표면 거칠기는 0.254 에서 0.361 nm 범위로 조사되었고, RF 파워 50 W 에서 증착한 박막이 0.254 nm 로 가장 작은 값을 나타내었다. 이는 일반적인 다결정 ITO 박막에 비해서는 상당히 낮은 값이며, ITZO 박막의 낮은 증착온도와 안정한 비정질 구조 때문이다.
광학적 특성을 측정한 결과, 가시광 영역(400∼800 nm) 에서의 평균 투과도는 모든 ITZO 박막에서 80 % 이상으로 나타났다. XRD 측정을 통해 RF 파워에 상관없이 모든 ITZO 박막이 비정질 구조를 가지고 있음을 확인할 수 있었다. ITZO 박막의 표면을 FESEM 과 AFM 으로 관찰한 결과, 모든 ITZO 박막이 핀홀이나 크랙 같은 결함이 없는 매우 부드러운 표면을 가지며, RF 파워 50 W 에서 증착한 박막이 0.
광학적 특성을 측정한 결과, 가시광 영역(400∼800 nm) 에서의 평균 투과도는 모든 ITZO 박막에서 80 % 이상으로 나타났다.
본 연구를 통해 저온에서 증착한 비정질 ITZO 박막이 우수한 전기적 및 광학적 특성을 나타내어 유기발광다이오드와 같은 차세대 디스플레이에서 ITO 박막을 대체할 매우 유망한 재료라는 것을 알 수 있었다. 향후 플라스틱 기판을 이용한 ITZO 박막에 대한 연구를 체계적으로 진행한다면, 플렉시블 디스플레이나 유기 태양전지 등 광범위한 분야에서 매우 유용하게 사용될 수 있으리라 사료된다.
52×10-3 Ω-1 로 가장 큰 값을 나타내었다. 이를 토대로 ITZO 박막의 최적의 RF 파워는 50 W 임을 알 수 있었다.
후속연구
본 연구를 통해 저온에서 증착한 비정질 ITZO 박막이 우수한 전기적 및 광학적 특성을 나타내어 유기발광다이오드와 같은 차세대 디스플레이에서 ITO 박막을 대체할 매우 유망한 재료라는 것을 알 수 있었다. 향후 플라스틱 기판을 이용한 ITZO 박막에 대한 연구를 체계적으로 진행한다면, 플렉시블 디스플레이나 유기 태양전지 등 광범위한 분야에서 매우 유용하게 사용될 수 있으리라 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
ITO 박막의 단점은?
현재까지는 ITO (In-Sn-O) 박막이 낮은 비저항과 가시광 영역에서의 높은 투과율 등 우수한 전기적 및 광학적 특성을 가지고 있어, 유기발광다이오드의 투명 전도막으로 광범위하게 시용되어 왔다[3-4]. 하지만 ITO 박막은 낮은 일함수, 높은 증착온도와 거친 표면 등의 문제점을 가지고 있어 유기발광다이오드에 적용하기에 다소 어려운 점이 있어왔다[5-6].
ITO 박막의 문제점을 해결할 수 있는 재료는?
최근에 IZO (In-Zn-O) 나 ITZO (In-Sn-Zn-O) 박막이 유기발광다이오드에서 ITO를 대체할 후보로 관심을 끌고 있다. ITO에 ZnO를 첨가하면 In2O3 구조내에 SnO2와 ZnO의 불혼화성 (immiscibility) 때문에 결정화가 방해를 받아 ITZO 박막이 안정한 비정질 구조를 갖게 된다[7].
유기발광다이오드의 장점은?
유기발광다이오드 (Organic Light Emitting Diode)는 고 명암대비, 빠른 응답속도, 낮은 전력소모, 넓은 시야각, 저가격화 등의 장점을 가지고 있어 차세대 평판 디스플레이 소자로 큰 주목을 받고 있다[1-2]. 고성능의 유기발광다이오드를 개발하기 위해서는 우수한 전도성과 가시광 영역에서의 높은 투과도를 갖는 정공 주입층의 역할을 하는 투명 전도막 개발이 필수적이다.
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