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문제 정의
- 본 논문에서는 RF 마그네트론 스퍼터링 장비를 사용하여 IGZO 박막이 RF 파워 변화에 따른 구조적, 광학적, 전기적 특성을 분석하여 투명전자 소자의 활용 가능성에 대하여 확인하였다.
제안 방법
- IGZO 박막을 증착하기 위해 초기 진공을 3.0×10-6 Torr 이하로 진공 배기 이후 박막 증착 시 반응 가스로 Ar 30 sccm을 사용하였으며, 챔버 내 압력은 스로틀 벨브를 조절하여 20mTorr를 유지하도록 하였다.
- RF 마그네트론 스퍼터링법으로 증착한 IGZO 박막의 구조적, 광학적, 전기적 특성을 RF power에 변화에 따라 분석하였다. XRD 분석 결과 Bragg’s 법칙을 만족하는 피크가 나타나지 않는 비정질 구조임을 확인하였고, AFM 표면 분석 결과 RF power가 증가할수록 roughness는 증가하는 경향을 보였으며, 최소 0.
- 그림 3은 RF 파워에 따른 IGZO 박막의 투과도 곡선을 나타낸 것이다. UV 분광광도계를 사용하여 200~1,000 nm 파장 영역에서 광학적 투과율을 측정한 것이다. 모든 박막은 가시광 영역에서 약 83% 이상의 투과도를 보이며, 청색영역이 적색영역에서 보다 더 좋은 투과율을 나타내었다.
- 제작된 박막의 결정성 및 배향성을 분석하기 위해 XRD (SmartLab/ RIGAKU)를 통해 확인하였으며, 박막 표면의 거칠기를 측정하기 위해 AFM (Dimension/Vecco)을 사용하여 분석하였다. 또한 가시광 영역에서의 투과도는 UV-Vis-NIR 분광광도계 (V-670/JASCO)를 사용하여 분석하였고, 전기적인 특성을 확인하기 위하여 홀 측정(HMS-3000/ ECOPIA)을 실시하였다.
- 스퍼터링 타겟으로 In2O3, Ga2O3, ZnO 분말을 각각 1:1:2 mol%의 조성비로 혼합하여 소결시킨 직경 2인치의 디스크 타입 타겟을 사용하였고, 유리 기판 표면의 오염을 제거하기 위하여 탈- 이온수(Di water), 아세톤(aceton), 메탄올(methanol)에 각각 5분씩 초음파 세척을 실시하였다. 세척 후 시료 표면에 남아있는 유기 용매는 질소(N2) 기체로 건조시켰으며, 건조 직후 잔존 수분을 제거하기 위하여 150℃에서 1분간 열처리를 실시하였다. IGZO 박막을 증착하기 위해 초기 진공을 3.
- 제작된 박막의 결정성 및 배향성을 분석하기 위해 XRD (SmartLab/ RIGAKU)를 통해 확인하였으며, 박막 표면의 거칠기를 측정하기 위해 AFM (Dimension/Vecco)을 사용하여 분석하였다. 또한 가시광 영역에서의 투과도는 UV-Vis-NIR 분광광도계 (V-670/JASCO)를 사용하여 분석하였고, 전기적인 특성을 확인하기 위하여 홀 측정(HMS-3000/ ECOPIA)을 실시하였다.
- 0×10-6 Torr 이하로 진공 배기 이후 박막 증착 시 반응 가스로 Ar 30 sccm을 사용하였으며, 챔버 내 압력은 스로틀 벨브를 조절하여 20mTorr를 유지하도록 하였다. 타겟과 기판 사이의 거리는 35 mm이며, RF 파워는 30 ~ 90 W로 변화를 주어 증착 전 프리 스퍼터링을 10분간 실시하여 IGZO 박막을 증착하였다. IGZO 박막은 상온에서 증착하였고, 모든 박막의 두께는 약 200 nm로 고정하였다.
대상 데이터
- 타겟과 기판 사이의 거리는 35 mm이며, RF 파워는 30 ~ 90 W로 변화를 주어 증착 전 프리 스퍼터링을 10분간 실시하여 IGZO 박막을 증착하였다. IGZO 박막은 상온에서 증착하였고, 모든 박막의 두께는 약 200 nm로 고정하였다. 박막을 증착하기 위한 공정 조건은 표 1에 자세히 나타냈다.
- 본 실험은 RF 마그네트론 스퍼터링법을 이용하여 Corning #1737 유리 기판 위에 투명 전도 산화막인 IGZO 박막을 증착하였다. 스퍼터링 타겟으로 In2O3, Ga2O3, ZnO 분말을 각각 1:1:2 mol%의 조성비로 혼합하여 소결시킨 직경 2인치의 디스크 타입 타겟을 사용하였고, 유리 기판 표면의 오염을 제거하기 위하여 탈- 이온수(Di water), 아세톤(aceton), 메탄올(methanol)에 각각 5분씩 초음파 세척을 실시하였다.
- 본 실험은 RF 마그네트론 스퍼터링법을 이용하여 Corning #1737 유리 기판 위에 투명 전도 산화막인 IGZO 박막을 증착하였다. 스퍼터링 타겟으로 In2O3, Ga2O3, ZnO 분말을 각각 1:1:2 mol%의 조성비로 혼합하여 소결시킨 직경 2인치의 디스크 타입 타겟을 사용하였고, 유리 기판 표면의 오염을 제거하기 위하여 탈- 이온수(Di water), 아세톤(aceton), 메탄올(methanol)에 각각 5분씩 초음파 세척을 실시하였다. 세척 후 시료 표면에 남아있는 유기 용매는 질소(N2) 기체로 건조시켰으며, 건조 직후 잔존 수분을 제거하기 위하여 150℃에서 1분간 열처리를 실시하였다.
성능/효과
- 99×10-3 Ω㎝로 나타냄을 확인할 수 있었다. IGZO 박막은 RF power가 증가할수록 좋은 특성을 갖는 투명전자 소자의 투명 전극으로서 사용 가능함을 확인할 수 있었다.
- RF power 30 W인 박막의 전기비저항과 전하의 농도는 각각 6.11×10-3 Ω ㎝와 4.13×1020㎝-3으로 각각 측정되었으며, RF power 90 W인 경우 전기적 비저항이 1.99×10-3 Ω㎝로 낮아졌고, 전하의 농도는 6.4×1020㎝-3으로 증가하였다.
- RF power의 변화에 따라 RF power가 높을수록 전하 이동도와 전하의 농도는 증가하였으며, 전기적 비저항은 낮아지는 것을 나타내었다. RF power가 증가함에 따라 IGZO 박막의 전하의 이동도와 전하 농도는 증가하였으며 전기적 비저항이 감소하였다. 이는 흡착원자의 에너지가 증가하여 Zn 원자가 Ga, In 원자로 활발히 치환되어 캐리어 밀도 및 이동도가 상승되어진 것으로 판단되며 산소 결핍 및 결정 결함에 의한 deep donor 준위에 포획된 전자농도 증가로 비저항이 낮아지게 된다 [25,26].
- 3 cm2 V-1s-1로 증가하였다. RF power의 변화에 따라 RF power가 높을수록 전하 이동도와 전하의 농도는 증가하였으며, 전기적 비저항은 낮아지는 것을 나타내었다. RF power가 증가함에 따라 IGZO 박막의 전하의 이동도와 전하 농도는 증가하였으며 전기적 비저항이 감소하였다.
- 64nm의 값을 확인하였다. UV 분광광도계를 사용하여 분석한 결과 IGZO 박막은 RF power 변화에 상관없이 모두 가시광 영역에서의 투과율은 83% 이상의 투과성을 보였다. 또한 Hall 측정 결과 RF power가 증가할수록 전하농도와 전하 이동도는 증가하였으며, RF power 90 W 일 때 전하의 농도 6.
- XRD 분석 결과 Bragg’s 법칙을 만족하는 피크가 나타나지 않는 비정질 구조임을 확인하였고, AFM 표면 분석 결과 RF power가 증가할수록 roughness는 증가하는 경향을 보였으며, 최소 0.39 nm에서 최고 0.64nm의 값을 확인하였다.
- 또한 Hall 측정 결과 RF power가 증가할수록 전하농도와 전하 이동도는 증가하였으며, RF power 90 W 일 때 전하의 농도 6.4×1020 ㎝-3, 전하 이동도 10.3 cm2 V-1s-1, 전기적 비저항이 1.99×10-3 Ω㎝로 나타냄을 확인할 수 있었다.
- UV 분광광도계를 사용하여 200~1,000 nm 파장 영역에서 광학적 투과율을 측정한 것이다. 모든 박막은 가시광 영역에서 약 83% 이상의 투과도를 보이며, 청색영역이 적색영역에서 보다 더 좋은 투과율을 나타내었다. 녹색 파장을 기준으로 했을 때 90 W에서 가장 낮은 투과율을 보이고 있으며, 이는 앞서 언급한 바와 같이 90 W에서 AFM 분석 결과 가장 거친 표면을 가지고 있어 빛의 산란을 일으켜 투과도가 저하된 것으로 판단된다.
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