[논문]전자빔 조사에 따른 In2O3/Ti 적층박막의 전기적, 광학적 특성 변화

문현주; 전재현; 송영환; 오정현; 공태경; 최동혁; 손동일; 김대일

doi:10.12656/jksht.2015.28.6.310

[국내논문] 전자빔 조사에 따른 In2O3/Ti 적층박막의 전기적, 광학적 특성 변화
Influence of Electron Irradiation on the Structural Electrical and Optical Properties of ITO/Ti bi-layered Films 원문보기

열처리공학회지 = Journal of the Korean society for heat treatment, v.28 no.6, 2015년, pp.310 - 314

문현주 (울산대학교 첨단소재공학부) , 전재현 (동국실업주식회사) , 송영환 (울산대학교 첨단소재공학부) , 오정현 (울산대학교 첨단소재공학부) , 공태경 (울산대학교 첨단소재공학부) , 최동혁 (동국실업주식회사) , 손동일 (동국실업주식회사) , 김대일 (울산대학교 첨단소재공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

We have considered the influence of electron irradiation on the optical and electrical properties of $In_2O_3/Ti$ bi-layered films prepared with RF and DC magnetron sputtering. The $In_2O_3/Ti$ thin films irradiated at 600 eV shows the lowest resistivity of $6.9{\times}10^{-4}{\Omega}cm$. The optical transmittance in a visible wave length region also influenced with the electron irradiation energy. The film that electron irradiated at 600 eV shows 82.9% of optical transmittance in this study. By comparison of figure of merit, it is concluded that the opto-electrical performance of $In_2O_3/Ti$ bi-layered film is improved with electron irradiation.

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AI 본문요약
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제안 방법

본 연구에서는 박막의 증착율과 화학적 조성비를 용이하게 조절 할 수 있는 Direct current(DC) 및 Radio Frequency(RF) 마그네트론 스퍼터를 이용하여 유리기판에 10 nm의 Ti 완충막을 증착하고 상부에 90 nm의 In2O3 박막을 연속으로 증착하였다. 또한 In₂O₃/Ti 적층박막을 제작한 후에 고효율 열처리 기술인 전자빔을 표면에 조사하고 박막의 전기광학적 특성 변화를 X선 회절분석기(X-ray Diffractormeter; XRD), 원자간력현미경(Atomic Force Microscope; AFM), 자외선-가시광 분광기로 측정하여, 최적의 In₂O₃/Ti 박막 특성을 확보할 수 있는 전자빔 조사조건을 도출하였다.
본 연구에서는 박막의 증착율과 화학적 조성비를 용이하게 조절 할 수 있는 Direct current(DC) 및 Radio Frequency(RF) 마그네트론 스퍼터를 이용하여 유리기판에 10 nm의 Ti 완충막을 증착하고 상부에 90 nm의 In2O3 박막을 연속으로 증착하였다. 또한 In₂O₃/Ti 적층박막을 제작한 후에 고효율 열처리 기술인 전자빔을 표면에 조사하고 박막의 전기광학적 특성 변화를 X선 회절분석기(X-ray Diffractormeter; XRD), 원자간력현미경(Atomic Force Microscope; AFM), 자외선-가시광 분광기로 측정하여, 최적의 In₂O₃/Ti 박막 특성을 확보할 수 있는 전자빔 조사조건을 도출하였다.
전자빔 조사에너지에 따른 박막의 결정성 변화는 X선 회절분석기(X'pert pro MRD, philips, 한국기초과학지원연구원, KBSI 대구센터)로 측정하였으며, In2O3(222) 회절피크의 반가폭(Full Width at Half Maximum, FWHM)과 Scherrer 관계식을 이용하여 박막의 결정립 크기를 구하였다[8, 9].
증착 후 두께측정기(Dektak-150, Varian)을 사용하여 증착율을 측정하였고, 전자빔 조사는 유도결합플라즈마(Inductive Coupled Plasma, ICP) 안테나에RF 3W/cm²를 인가하며, 특정 에너지를 갖는 전자빔을 30분간 박막표면에 조사하였다. 박막증착 및 전자빔 조사 조건은 Table 1에 나타내었다.
본 연구에서는 RF와 DC 마그네트론 스퍼터를 이용하여 유리기판에 10 nm 두께의 Ti 완충층을 증착하고 상부에 90 nm의 In₂O₃ 박막을 증착 한 후, 적층화 및 전자빔 조사에너지에 따른 박막의 광학적, 전기적 특성변화를 고찰하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 상온에서 유리기판(Corning 1747, 3 × 3 cm2)에 RF와 DC 마그네트론 스퍼터, 직경 3인치인 In2O3(순도 99.99%) 및 Ti(순도 99.5%) 타겟을 사용하여 두께 100 nm의 In2O3 단층박막과 In2O3 90 nm/Ti 10 nm 적층박막을 제작하였다.

이론/모형

가시광 영역(380~780 nm)의 광투과도 분석은 자외선-가시광 분광기(측정영역 200~900 nm, Cary 100 Cone, Varian)를 사용하였으며, 표면거칠기(Root mean square; RMS)는 원자간력현미경(측정영역 2 × 2μm2, XE-100, Park system)을 이용하였고, 전기적 특성은 Van der pauw 법을 적용한 Hall 효과 측정기(HMS-3000, Ecopia)로 측정하였다.

성능/효과

1은 전자빔 조사 에너지에 따른 In₂O₃/Ti 적층박막의 X선 회절패턴 결과이다. 상온에서 증착된 박막에서 약한 회절피크가 검출되었으며, 전자빔 에너지가 증가함에 따라 상대적으로 강한 In₂O₃(222) 회절피크가 측정되었다.
500 eV 전자빔이 조사된 박막의 결정립 크기는 1.94 nm이었으며, 800 eV 전자빔이 조사된 박막의 결정립 크기는 6.09 nm로 증가하였다. 이러한 결정립 크기의 증가는 전자빔 조사에 따른 박막의 결정화에 의한 것으로 사료된다[10].
In2O3/Ti 적층박막이 In2O3 단층박막(6.5 × 10−3 Ωcm)보다 상대적으로 낮은 비저항을 보임으로써, 하부 Ti 완충박막이 상부 In2O3 박막의 전기전도도를 향상시킴을 알 수 있었다.
투명전극용 박막의 거친 표면은 전기비저항의 증가와 가시광 흡수의 원인이 되므로 In₂O₃ 박막의 표면거칠기는 투명전극 소재 활용에 중요한 요소이다. 전자빔 조사 이전의 표면거칠기는 0.62 nm이었으나, 500eV의 전자빔이 조사된 박막의 표면거칠기는 0.41 nm로 감소함을 알 수 있었다.
3은 전자빔 조사에너지에 따른 박막의 가시광투과도를 측정한 결과이다. 전자빔을 조사하지 않은 In₂O₃/Ti 적층박막의 평균 가시광투과도는 70.4%였으나 전자빔 에너지가 증가함에 따라 투과도는 최대 82.9%까지 증가하였다.
본 연구에서 전자빔 조사 이전의 In2O3/Ti 박막의 FOM 수치는 1.1 × 10−4 Ω−1이었으나, 600 eV 전자빔이 조사된 In2O3/Ti 박막의 FOM 수치는 2.2 × 10−3 Ω−1로 증가하여 박막의 광학적 전기적 완성도가 전자빔 조사에 의하여 향상되었음을 알 수 있었다.
전자빔 조사 이전의 In2O3/Ti 박막의 비저항은 2.6 × 10−3 Ωcm로 측정되었으나 600 eV 전자빔이 조사된 박막에서 더 낮은 비저항(6.9 × 10−4 Ωcm)과 상대적으로 높은 82.9%의 가시광 투과율이 측정되었다.
In₂O₃/Ti 적층박막의 결정화는 전자빔 에너지가 증가함에 따라 향상되었으며 표면거칠기는 0.41 nm로 감소하였다. 전자빔 조사 이전의 In₂O₃/Ti 박막의 비저항은 2.
본 연구를 통하여 In₂O₃/Ti 적층박막을 증착하고 600 eV의 전자빔을 표면에 조사할 경우, 기존의 In₂O₃ 단층박막 보다 개선된 전기적, 광학적 특성을 확보 할 수 있음을 알 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	산화인듐박막의 특징은?	산화인듐(In2O3) 박막은 높은 가시광 투과도와 낮은 전기비저항을 동시에 갖는 투명전극재(Transparent Conducting Oxide; TCO)로서 박막형 태양전지(Solar cell) 및 다양한 디스플레이 소자의 전극재로 활용되고 있다[1]. 최근에는 유연성을 갖는 표시소자에 다양한 TCO 박막을 적용하기 위하여 유리기판 대신 Poly Carbonate(PC), Poly Ethylene Terephthalate(PET) 그리고 Poly Ether Sulfon(PES)기판을 이용한 투명전극 증착에 대한 연구가 보고되고 있다[2-4].
	투명전극재박막을 적용하기 위해 최근에는 유리기판 대신 무엇을 사용하고 있는가?	산화인듐(In2O3) 박막은 높은 가시광 투과도와 낮은 전기비저항을 동시에 갖는 투명전극재(Transparent Conducting Oxide; TCO)로서 박막형 태양전지(Solar cell) 및 다양한 디스플레이 소자의 전극재로 활용되고 있다[1]. 최근에는 유연성을 갖는 표시소자에 다양한 TCO 박막을 적용하기 위하여 유리기판 대신 Poly Carbonate(PC), Poly Ethylene Terephthalate(PET) 그리고 Poly Ether Sulfon(PES)기판을 이용한 투명전극 증착에 대한 연구가 보고되고 있다[2-4]. 그러나 PC, PET, PES 등의 고분자 기판을 사용한 TCO 증착은 열처리 온도에 제약을 받기 때문에 박막의 전기적, 광학적 물성을 개선시키는 방법으로 TCO/metal[2], TCO/Oxide[5], TCO/ Metal/TCO[6] 등의 적층형태의 증착기술이 연구되고 있으며, 전자빔(Electron Irradiation) 표면조사를 이용한 표면개질 기술 또한 제시되고 있다[7].
	산화인듐박막은 어디에 활용되고 있는가?	산화인듐(In2O3) 박막은 높은 가시광 투과도와 낮은 전기비저항을 동시에 갖는 투명전극재(Transparent Conducting Oxide; TCO)로서 박막형 태양전지(Solar cell) 및 다양한 디스플레이 소자의 전극재로 활용되고 있다[1]. 최근에는 유연성을 갖는 표시소자에 다양한 TCO 박막을 적용하기 위하여 유리기판 대신 Poly Carbonate(PC), Poly Ethylene Terephthalate(PET) 그리고 Poly Ether Sulfon(PES)기판을 이용한 투명전극 증착에 대한 연구가 보고되고 있다[2-4].

참고문헌 (12)

S. Karthikeyan, A. E. Hill and R. D. Pilkington : Thin Solid Films, 550 (2014) 140.

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Y. S. Kim, J. H. Park and D. Kim : Vacuum, 82 (2008) 57.
M. H. Ahn, E. S. Cho and S. J. Kwon : Vacuum, 101 (2014) 221.

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P. H. Lei, C. M. Hsu and Y. S. Fan : Organic Electronics, 14 (2013) 236.

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F. F. Ngaffo, A. P. Caricato and F. Romano : Appl. Surf. Sci., 255 (2009) 9684.

상세보기
D. Kim : Appl. Surf. Sci., 256 (2010) 1774.

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S. B. Heo, J. Y. Chun, Y. J. Lee, H. M. Lee and D. Kim : J. Kor. Soc. Heat Treat., 25 (2012) 134.

원문보기 상세보기
S. Song, T. Yang, J. Liu, Y. Xin, Y. Li, S. Han, Appl. Surf. Sci., 257 (2011) 7061.

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B. D. Cullity : Elements of X-ray diffractions, Addition-Wesley, Reading, MA, (1978) 102-121.
D. Kim : J. Kor. Soc. Heat Treat., 24 (2011) 199.
Y. S. Kim, S. B. Heo, H. M. Lee, Y. J. Lee, I. S, Kim, M. S. Kang, D. H. Choi, B. H. Lee, M. G. Kim and D. Kim : Appl, Surf, Sci., 258 (2012) 3903.

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

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