[논문]RF 마그네트론 스퍼터링을 이용한 ITO 기판에 불순물 증착에 관한 연구

박정철; 추순남

doi:10.5370/kieep.2015.64.4.277

RF 마그네트론 스퍼터링을 이용한 ITO 기판에 불순물 증착에 관한 연구
A Study of Impurity Deposition on ITO Substrate using RF Magnetron Sputtering 원문보기

전기학회논문지. The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers. P, v.64 no.4, 2015년, pp.277 - 280

박정철 (Dept. of Electronic Engineering Gachon University) , 추순남 (Dept. of Electrical Engineering, Gachon University)

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, we have studied the surface property and transmittance of n- and p-type thin film deposited on ITO substrate. In n-type samples, the average particle size was large and uniform as RF power was increased, and the best results were shown at the condition of the temperature of $300^{\circ}C$ and 200 W of RF power. The transmittance of the sample deposited for 20 minutes was 74.82% and the light wave was increased to 800 nm. In p-type samples, the results were 71.21% and 789 nm at the deposition condition of the RF power of 250 W and the temperature of $250^{\circ}C$.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

3 eV), 높은 광투과율로 인해 태양전지에 적용하기 접한 것으로 많은 연구개발이 시작되었다[5, 6]. 본 논문에서는 RF 마그네트론 스퍼터링 장비를 이용하여 ITO 기판 위에 p형과 n형 불순물을 증착한 뒤 표면관찰 및 투과율을 측정하여 단결정 실리콘 태양전지의 기판으로 사용 가능한지에 대해서 연구하였다.
본 실험은 단결정실리콘웨이퍼를 대치할 수 있는 ITO기판을 사용하여 n-type, p-type불순물을 증착시켜 표면 및 투과율을 관찰하여 태양전지 기판으로 사용되는 단결정실리콘웨이퍼를 대치시키고자 하는데 목적을 두었다.
RF Power를 150, 200, 250 W로 각각 주어 스퍼터링을 시작하여 p 형, n형 박막을 증착하였다. 본 연구에서는 RF Power 변화 및 기판온도 변화에 따른 표면을 관찰하였다. 그림 1은 본 실험에 사용된 RF 마그네트론 스퍼터링 장비을 나타냈다.

제안 방법

고진공이 되면 공정압력을 zero로 조정하고, MFC로 Ar 가스를 30 sccm으로 분위기로 흘려준 후, 공정 압력을 10 mTorr로 맞춰 준다. RF Power를 150, 200, 250 W로 각각 주어 스퍼터링을 시작하여 p 형, n형 박막을 증착하였다. 본 연구에서는 RF Power 변화 및 기판온도 변화에 따른 표면을 관찰하였다.
불순물을 증착하는 방법으로는 ITO 기판(1.5×1.5 cm)을 세척 한 후 지지대에 ITO 기판을 넣고, 1×10-2 Torr 까지 진공 상태를 유지한 후, Fore-line valve를 열고 Turbo 펌프를 켜서 27,000 rpm이 되면, 고진공 상태로 유지하였다.

성능/효과

1. N-type 불순물을 증착하였을 때, RF power가 증가할 수록 입자가 크고 균일하였으며 박막두께도 증가하였다. 또한 기판온도가 300℃, RE power가 200 W일 때 가장 표면이 균일하였고 두께는 150 nm로 측정되었다.
2. P-type 불순물을 증착하였을 때, 250 W, 250℃일 때 안정된 표면상태를 유지하였다. 투과율 측정에서는 증착시간이 20분일 때 789nm 파장까지 증가하였으며 71.
그림 4에서는 기판온도를 300℃, RF Power를 200 W 일 때의 증착시간을 변화주었을 때 투과율을 측정하였다. 20분을 증착하였을 때 장파장으로 갈수록 투과율이 높아지면서 최대 74.82%로 나타났고, 10분과 15분을 증착했을 때에는 각각 파장이 660 nm에서 49.48%, 820 nm에서 70%로 가장 높은 투과율을 보였다.
N-type에 비해서 다소 불균일하게 박막 증착이 되었지만, RF Power가 증가함에 따라 두께가 증가하고, 250 W에서 입자가 가장 크고, 표면이 안정적으로 증착된 것을 확인할수 있었다.
RF power를 각각 150, 200, 250 W로 변화를 주고 Ar 가스는 30 sccm 10 mTorr에서 기판온도를 300℃에서 15분 동작을 시켰을 때 표면사진 및 측면사진을 그림 2에 나타냈다. RF Power가 증가할수록 입자가 크고 균일하게 증착 된 것으로 측정되었고, 두께 또한 100 nm에서 150 nm 정도로 증가 하는 것을 볼 수 있었다.
그림 7에서는 기판온도가 250℃, RF Power를 200 W일 때 투과율을 측정한 것이다. 증착시간을 20분으로 하였을 때 장파장으로 갈수록 투과율이 높아지면서 최대 71.21%로 나타났고, 10분과 15분을 증착했을 때에는 각각 파장이 660 nm에서 51%, 790 nm에서 70.53%로 가장 높은 투과율을 보였다.
P-type 불순물을 증착하였을 때, 250 W, 250℃일 때 안정된 표면상태를 유지하였다. 투과율 측정에서는 증착시간이 20분일 때 789nm 파장까지 증가하였으며 71.21%로 측정되었다.

후속연구

위 결과를 기초로 ITO 기판을 이용하여 pn 접합 태양전지 제작에 많은 도움이 될 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	태양광 발전의 장점과 적용 가능한 분야는?	태양광 발전은 햇빛을 받으면 광전효과에 의해 빛 에너지를 전기에너지 변환하는 기술이다. 변환하는 과정에서 기계적, 화학적 작용이 없으므로 구조가 단순하며 안전하다. 소규모에서 대규모 까지 발전이 가능하며 기계적인 가동부분이 거의 없기에 소음과 진동 등이 없으며 가전용품, 건축자재 등 다양한 분야에서 적용이 가능하다[3, 4].
	태양광 발전이란?	그 중에서도 태양에너지는 지구에서 얻을 수 있는 가장 풍부하고 고갈될 염려가 없는 에너지원으로 가장 활발하게 연구되고 있다[2]. 태양광 발전은 햇빛을 받으면 광전효과에 의해 빛 에너지를 전기에너지 변환하는 기술이다. 변환하는 과정에서 기계적, 화학적 작용이 없으므로 구조가 단순하며 안전하다.
	ITO의 특징은?	최근의 태양전지 기술 개발의 방향은 저렴한 재료를 이용하고 공정을 줄여서 태양전지의 가격을 낮추면서, 우수한 성능을 얻을 수 있는 방향으로 진행되고 있다. ITO(Indium Tin Oxide)는 낮은 전기비저항(2∼4×10-4 Ω·cm), 넓은 밴드갭(3.5∼4.3 eV), 높은 광투과율로 인해 태양전지에 적용하기 접한 것으로 많은 연구개발이 시작되었다[5, 6]. 본 논문에서는 RF 마그네트론 스퍼터링 장비를 이용하여 ITO 기판 위에 p형과 n형 불순물을 증착한 뒤 표면관찰 및 투과율을 측정하여 단결정 실리콘 태양전지의 기판으로 사용 가능한지에 대해서 연구하였다.

참고문헌 (6)

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상세보기
C. Li, G. Fang, Y. Ren, Q.Fu and X. Zhah,"Silver nanoisland induced synthesis of ZnO nanostructures by vapor phase transport", J.Nanoscience and Nanotechnology, Vol. 6, PP.1467-1473, 2006

상세보기
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W. Shockley, H. J. Queisser, "Detailed Balance Limit of Efficiency of p-n Junction solar celles", J. Appl. Phys. 32, pp.510-519, 1961.

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A. McEvoy, L. Castaner, T. Markvart, "Solar cells(Materials, Manufacture and Operation)", Academic Press, pp. 5-18, 2012.

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