[논문]Ti 완충층 두께에 따른 In2O3/Ti 적층박막의 전기적, 광학적 특성 변화

문현주; 전재현; 공태경; 김대일

doi:10.12656/jksht.2015.28.6.296

[국내논문] Ti 완충층 두께에 따른 In2O3/Ti 적층박막의 전기적, 광학적 특성 변화
Effect of Ti Buffer Layer Thickness on the Electrical and Optical Properties of In2O3/Ti bi-layered Films 원문보기

열처리공학회지 = Journal of the Korean society for heat treatment, v.28 no.6, 2015년, pp.296 - 299

문현주 (울산대학교 첨단소재공학부) , 전재현 (동국실업 주식회사) , 공태경 (울산대학교 첨단소재공학부) , 김대일 (울산대학교 첨단소재공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

$In_2O_3/Ti$ bi-layered films were deposited on glass substrate at room temperature with radio frequency (RF) and direct current (DC) magnetron sputtering to consider the effect of Ti buffer layer on the electrical and optical properties. In a comparison of figure of merit, $In_2O_3$ 90 nm/Ti 10 nm thin films show the higher opto-electrical performance of $3.0{\times}10^{-4}{\Omega}^{-1}$ than that of the $In_2O_3$ single layer films ($2.6{\times}10^{-4}{\Omega}^{-1}$). From the observed results, it is supposed that the $In_2O_3\;90nm/TiO_2$ 10 nm bi-layered films may be an alternative candidate for transparent electrode in a transparent thin film transistor device.

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AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 In₂O₃/Ti 적층박막을 투명 박막 트랜지스터 전극재로 활용하기 위하여 RF와 DC 마그네트론 스퍼터를 이용하여 In₂O₃/Ti 투명전극을 증착하고 Ti 완충층 두께변화에 따른 박막의 저온결정화 (Low Temperature Crystallization), 가시광 투과도 (Optical transmittance), 비저항(Electrical resitivity) 그리고 표면거칠기(Surface roughness)를 고찰하였다.

제안 방법

본 연구에서는 RF와 DC 마그네트론 스퍼터를 이용하여 In₂O₃/Ti 적층박막을 증착하며 Ti 완충층의 두께변화에 따른 박막의 전기적, 광학적 특성 변화를 고찰하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 3인치 직경의 In₂O₃(Purity 99.99%) 타겟과 Ti(Purity 99.5 %) 타겟을 RF와 DC 마그네트론 스퍼터를 이용하여 In₂O₃/Ti 적층박막을 유리기판(Corning 1747, 3 × 3 cm2 )에 증착하였다. 유리기판은 아세톤, 메탄올, 증류수의 순서로 초음파 세척을 10분간 실시하고 질소가스로 건조하였으며 자세한 증착 조건을 Table 1에 나타내었다.

성능/효과

/Ti 적층 박막의 FOM 수치 결과이다. 본 연구에서 단일 In₂O₃ 박막의 FOM 수치는 2.6 × 10−4 Ω−1이었으나, In₂O₃ 90 nm/Ti 10 nm 박막의 면저항 감소로 인해 FOM 수치가 3.0 × 10−4 Ω−1로 증가함으로써, 최적화된 Ti 완충층을 통하여 In₂O₃ 박막의 전기적, 광학적 완성도가 향상되었음을 알 수 있었다.
박막의 가시광 투과도 및 전기적 특성에 영향을 미치는 박막의 표면거칠기가 완충층의 두께에 영향을 받음을 알 수 있었으며, In₂O₃ 90 nm/Ti 10 nm 박막의 전하이동도가 최대 10.1 cm²/Vs로 증가한 것은 박막의 평탄화에 의한 것으로 사료되며, In₂O₃ 90 nm/Ti 10 nm 박막에서 가장 낮은 2.6 × 10⁻³ Ω cm 의 비저항이 측정되었다.
또한 In₂O₃ 단층박막의 FOM 수치는 2.6 × 10⁻⁴Ω−1이었으나 In₂O₃ 90 nm/Ti 10 nm 적층박막에서 3.0 × 10⁻⁴ Ω−1로 증가하여 최적화된 Ti 완충층에 의하여 In₂O₃/Ti 박막의 전기적, 광학적 완성도가 제고 됨을 알 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	기존의 비정질 실리콘의 장점은?	고해상도 표시소자의 영상 또는 이미지 구현에, 기존의 비정질 실리콘(Amorphous Silicon)은 증착공정이 용이하고 공정비용이 저렴하지만, 낮은 전하이동도와 광학적 불투명성 문제가 언급되고 있다[1]. 반면에 저온 다결정 실리콘(Low Temperautre Polysilicion)은 상대적으로 전하이동도가 높지만, 균일한 대면적 증착이 어렵기 때문에 차세대 디스플레이를 구동할 투명 박막 트랜지스터(Transparent Thin Film Transistor; TTFT) 소재로는 한계에 부딪히고 있다[2].
	IGZO와 TIO 박막의 특성은?	박막 트랜지스터 전극재로 미량의 In과 Ga이 첨가된 ZnO(IGZO)와 Ti가 첨가된 In2O3(TIO) 박막의 구조적, 전기적, 광학적 특성이 보고되었다[3, 4]. IGZO와 TIO 박막은 실온증착에서도 우수한 전하이동도와 높은 가시광 투과율을 동시에 가지며, 전기화학적 안정성으로 인하여 유연 디스플레이의 전극소재로도 개발되고 있다[5]. 특히 IGZO 또는 TIO 박막의 전기적 특성은 박막 트랜지스터 및 표시소자의 성능구현에 있어 중요한 역할을 하기 때문에 산화물 완충층 또는 증착 후 열처리를 통한 박막의 전기적 특성 최적화 연구 또한 활발히 진행되고 있다[3, 6].
	낮은 전하이동도를 해결하기 위해 사용하는 저온 다결정 실리콘의 단점은?	고해상도 표시소자의 영상 또는 이미지 구현에, 기존의 비정질 실리콘(Amorphous Silicon)은 증착공정이 용이하고 공정비용이 저렴하지만, 낮은 전하이동도와 광학적 불투명성 문제가 언급되고 있다[1]. 반면에 저온 다결정 실리콘(Low Temperautre Polysilicion)은 상대적으로 전하이동도가 높지만, 균일한 대면적 증착이 어렵기 때문에 차세대 디스플레이를 구동할 투명 박막 트랜지스터(Transparent Thin Film Transistor; TTFT) 소재로는 한계에 부딪히고 있다[2].

참고문헌 (10)

J. Shin, Y. Cho and D. Choi : J. Kor. Inst. Met. & Mater. 47 (2009) 38-43.

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서태원 : Co-Sputtering 방법으로 제작한 Si doped InSnO 산화물 박막 트랜지스터의 물성 연구, 단국대학교 석사 학위논문 (2013).
S. H. Kim and D. Kim : Ceram. Int. 41 (2015) 2770.

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Y. Abe and N. Ishiyama : J. Mater. Sci. Lett. 41 (2006) 7580.

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D. J. Kim, B. S. Kim and H. K. Kim : Thin Solid Films 547 (2013) 225.

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J. Jeon, T. K. Gong, Y. M. Kong, H. M. Lee and D Kim : Electron. Mater. Lett. 11 (2015) 481.

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J. H. Jeon, T. K. Gong, S. K. Kim, S. H. Kim, S. Y. Kim, D. H. Choi, D. I. Son and D. Kim : J. Alloys Compds, 639 (2015) 1.

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Y. Wang, W. Tang, L. Zhang and J. Zhao : Thin Solid Films 565 (2014) 62.

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Y. S. Kim, J. H. Park and D. Kim : Vacuum 82 (2008) 574.

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G. Haacke : J. Appl. Phys. 47 (1976) 4086.

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