[논문]XPS와 XRD 분석을 이용한 ITO 박막의 결정성과 비정질 특성에 관한 연구

고정완; 정보영; 오데레사

XPS와 XRD 분석을 이용한 ITO 박막의 결정성과 비정질 특성에 관한 연구
Annealing Effect with Various Ambient Conditions of ITO Thin Film 원문보기

반도체디스플레이기술학회지 = Journal of the semiconductor & display technology, v.14 no.4, 2015년, pp.20 - 24

고정완 (청주대학교 반도체공학과) , 정보영 (청주대학교 반도체공학과) , 오데레사 (청주대학교 반도체공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This study was explained the correlation between the O 1s spectra and the crystallization of ITO thin films. The crystal structure of ITO thin films changed with various annealing temperatures and annealing methods such as atmosphere or vaccum conditions. The amorphous structure observed from XRD pattern showed the O 1s spectra with 531.2 eV, and the crystal structure of annealed ITO films analyzed by XRD pattern had the O 1s spectra of 529.8 eV as lower binding energy then the 531.2 eV. Oxygen in view of ITO films was related to the crystallization, and the ITO films annealed in an atmosphere pressure showed higher crystal structure than the ITO annealed in a vaccum. It was indicated that the amorphous structure had higher binding energy than the crystal structure analyzed by O 1s spectra of ITO films.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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제안 방법

ITO 투명전극에 대하여 물리적인 결합구조와 화학적인 특성에 대하여 살펴보기 위하여 ITO 박막을 증착한 뒤 열처리를 거친 샘플들을 XRD와 XPS 분석을 이용하여 물리적 화학적 특성들을 서로 비교하였다. ITO 박막은 열처리를 하면서 결정질 구조로 변하되는 것을 확인하였으며, 열처리 방법에 따라서 결정의 강도에서 변화가 있었다.
ITO박막의 열처리 온도와 결정구조와의 관계를 살펴보기 위해서 산소가스 20 sccm을 주입하여 스퍼터 방법으로 박막을 증착한 뒤 열처리를 100도와 200도에서 실시하였다. 열처리 환경은 대기 중에서와 진공 중에서 하였으며, 박막의 분석은 XRD, XP, PL 분석방법을 이용하였다.
ITO박막의 열처리 온도와 결정구조와의 관계를 살펴보기 위해서 산소가스 20 sccm을 주입하여 스퍼터 방법으로 박막을 증착한 뒤 열처리를 100도와 200도에서 실시하였다. 열처리 환경은 대기 중에서와 진공 중에서 하였으며, 박막의 분석은 XRD, XP, PL 분석방법을 이용하였다. 전기적인 특성을 살펴보기위해서 A/ITO/Si wafer 구조의 금속공정을 수행하여 Al 전극을 만들어서 I-V 특성을 측정하였다.
이번 실험에서 진행된 실험으로는 각각 진공과 대기 중에서 각각 상온, 100℃, 200℃ 의 조건으로 Annealing하여 그 효과를 비교하고 분석하는 실험을 해보았다.
열처리 환경은 대기 중에서와 진공 중에서 하였으며, 박막의 분석은 XRD, XP, PL 분석방법을 이용하였다. 전기적인 특성을 살펴보기위해서 A/ITO/Si wafer 구조의 금속공정을 수행하여 Al 전극을 만들어서 I-V 특성을 측정하였다.

성능/효과

온도가 높을수록 O 1s 스펙트라가 낮은 결합 에너지쪽으로 이동하고 있다. 100도 열처리한 ITO 박막에서 화학적 이동이 가장 컸으며, Fig. 2에서 XRD 패턴에서는 100도에서 결정성이 가장 높았으나 결합구조가 결정질로 갈수록 O 1s 스펙트라 결합에너지 값은 가장 낮은 것을 알 수 있다. RT온도에서 증착한 비정질 특성의 ITO 박막에서 O 1s 스펙트라 결합 에너지는 531.
ITO 박막은 열처리 환경 즉 대기 중에서 열처리효과와 진공 중에서 열처리한 효과를 XRD, XPS, PL로 분석해 본결과 서로 비슷한 특성을 나타냈으며, 열처리 온도에 의하여 변화가 크게 일어나는 것을 알 수 있었다. ITO 박막의 결정에너지는 비정질 구조일 때531.
ITO 박막은 열처리를 하면서 결정질 구조로 변하되는 것을 확인하였으며, 열처리 방법에 따라서 결정의 강도에서 변화가 있었다.
ITO 박막은 열처리 환경 즉 대기 중에서 열처리효과와 진공 중에서 열처리한 효과를 XRD, XPS, PL로 분석해 본결과 서로 비슷한 특성을 나타냈으며, 열처리 온도에 의하여 변화가 크게 일어나는 것을 알 수 있었다. ITO 박막의 결정에너지는 비정질 구조일 때531.2 eV으로 결정질일 때 결합에너지 529.8 eV 보다 크다는 것을 확인하였다. ITO박막의 결합구조는 열처리 온도에 의한 영향이 크게 작용하고 있는 것을 확인하였다.
8 eV으로 결합 에너지가 낮아지는 것으로 나타났다. ITO박막은 열처리온도에 따라서 물리적, 화학적, 광학적 특성이 매우 다르게 나타났으나 전기적인 특성은 열처리온도에 상관없이 거의 비슷한 오믹특성을 나타내는 것을 알 수 있었다.
8 eV 보다 크다는 것을 확인하였다. ITO박막의 결합구조는 열처리 온도에 의한 영향이 크게 작용하고 있는 것을 확인하였다.
대체로 100도에서 열처리를 하면 결정성이 가장 높게 나타났는데 더 높은 온도에서 열처리를 하면 열처리를 하는 방법과 무관하게 대체적으로 결정성의 강도가 줄어드는 것을 알 수 있었다. XPS 분석을 통한O 1s 스펙트라의 주픽이 화학적 이동을 분석한 결과, 비정질 특성일때 531.2 eV으로 결합 에너지가 높았다. 그리고 결정질인 경우 529.
7(c)에서는 100도와 200도에서 열처리한 ITO 박막의 O 1s 스펙트라를 비교하였다. 결합픽의 위치는 529.8 eV으로 일치하였으며, 결정질 ITO 박막은 XRD 패턴의 결합강도에 상관없이 결정성을 가질 때 O 1s 스펙트라에서 결합에너지가 일정함을 보여준다.
ITO 박막은 열처리를 하면서 결정질 구조로 변하되는 것을 확인하였으며, 열처리 방법에 따라서 결정의 강도에서 변화가 있었다. 대체로 100도에서 열처리를 하면 결정성이 가장 높게 나타났는데 더 높은 온도에서 열처리를 하면 열처리를 하는 방법과 무관하게 대체적으로 결정성의 강도가 줄어드는 것을 알 수 있었다. XPS 분석을 통한O 1s 스펙트라의 주픽이 화학적 이동을 분석한 결과, 비정질 특성일때 531.
2 eV으로 같은 위치를 보여준다. 따라서 비정질 특성의 ITO 박막의 O 1s 스펙트라는 결정질의 ITO 박막보다 높은 결합에너지는 갖는 것을 알 수 있다. Fig.
2는 진공 중에서 열처리한 ITO박막의 XRD 패턴을 보여준다. 증착한 박막은 비정질특성을 나타냈으며, 100도에서 열처리를 할 때 결정성이 가장 높았다. 반면에 200도에서 열처리를 하면 XRD 패턴의 강도가 급격히 감소하는 것을 알 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	ITO의 특징은 무엇인가?	TCO (Transparent Conducting Oxide)로서 주로 사용 되는 ITO(Indium Tin Oxide)는 우수한 광학적, 전기적 특성을 가지고 있는 재료[1-3]이기 때문에 FPD, LCD, OLED, touch panel, 태양전지 등의 투명전극으로서 널리 사용되어 왔다[3-5]. ITO 박막을 상온에서 성장시킨 경우 주로 비정질 상이 얻어진다.
	ITO박막에 주로 사용하는 공정은 무엇이며, 그 이유는 무엇인가?	ITO (indium tin oxide) 박막은 in에 sn을 5 ~ 10% 정도 포함한 n-type 반도체 재료로서 ITO박막을 진공 증착 할 때에 sputtering장비가 가장 많이 사용되고 있다. ITO박막은 제조방법에 따라 차이가 있지만 200 ~ 400 o C이하의 온도에서 저온공정으로 증착하여야 높은 광 투과도 와낮은 비저항을 갖게 할 수 있으며, ITO박막을 상온에서 성장시키게 되면 비정질 상이 나타난다[11].
	ITO 박막을 상온에서 성장시킨 경우 비정질 상이 얻어지는 이유는 무엇인가?	ITO 박막을 상온에서 성장시킨 경우 주로 비정질 상이 얻어진다. 이는 박막이 결정성을 가지게 하기 위한 가장 큰 요소는 열에너지이므로 상온에서 증착 된 ITO박막은 에너지를 충분히 공급받지 못해 결정성을 갖기 어렵기 때문이다[7-8]. 일반적 으로 비정질 상의 ITO 박막보다 결정질 ITO 박막이 전기적 특성이 우수하기 때문에 결정성을 향상시키기 위한 다양한 노력이 필요하다[9-10].

참고문헌 (14)

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상세보기
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G. Kavei, A. M. Gheidari, "The effects of surface roughness and nanostructure on the properties of indium tin oxide (ITO) designated for novel optoelectronic devices fabrication", Journal of Materials Processing Technology, 208, pp. 514-519, (2008).

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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