[논문]공정압력이 SiO2 버퍼층을 갖는 PES 기판위에 증착한 ITZO 박막의 전기적 및 광학적 특성에 미치는 영향

정양희; 최병균; 강성준

doi:10.13067/jkiecs.2019.14.5.887

공정압력이 SiO2 버퍼층을 갖는 PES 기판위에 증착한 ITZO 박막의 전기적 및 광학적 특성에 미치는 영향
Effect of Working Pressure on the Electrical and Optical Properties of ITZO Thin Films Deposited on PES Substrate with SiO2 Buffer Layer 원문보기

한국전자통신학회 논문지 = The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, v.14 no.5, 2019년, pp.887 - 892

정양희 (전남대학교 전기 및 반도체공학과) , 최병균 (전남대학교 전기 및 반도체공학과) , 강성준 (전남대학교 전기 및 반도체공학과)

초록
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본 연구에서는 플라스틱 기판 중에서 가장 내열성이 우수하다고 알려진 PES 기판위에 버퍼층으로 20nm두께로 $SiO_2$ 박막을 플라즈마 화학기상증착 법으로 증착한 후, ITZO 박막을 고주파 마그네트론 스퍼터링 법으로 증착하여 공정압력에 따른 ITZO 박막의 전기적 및 광학적 특성을 조사하였다. 공정압력 3 mTorr 에서 증착한 ITZO 박막이 $8.02{\times}10^{-4}{\Omega}-cm$의 비저항과 $50.13{\Omega}/sq.$의 면저항으로 가장 우수한 전기적 특성을 보였다. 모든 ITZO 박막의 가시광 영역(400-800 nm)에서 평균 투과도는 공정압력에 무관하게 80 %이상으로 나타났다. 재료평가지수는 3 mTorr에서 증착한 ITZO 박막에서 $23.90{\times}10^{-4}{\Omega}^{-1}$로 가장 큰 값을 나타내었다. 본 연구를 통해 ITZO 박막이 차세대 플렉시블 디스플레이 소자에서 ITO 박막을 대체할 매우 유망한 재료라는 것을 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, after 20nm-thick $SiO_2$ thin film was deposited by PECVD method on the PES substrate, which is known to have the highest heat resistance among plastic substrates, as a buffer layer, ITZO thin films were deposited by RF magnetron sputtering method to investigate the electrical and optical properties according to the working pressure. The ITZO thin film deposited at the working pressure of 3mTorr showed the best electrical properties with a resistivity of $8.02{\times}10^{-4}{\Omega}-cm$ and a sheet resistance of $50.13{\Omega}/sq.$. The average transmittance in the visible region (400-800nm) of all ITZO films was over 80% regardless of working pressure. The Figure of merit showed the largest value of $23.90{\times}10^{-4}{\Omega}^{-1}$ in the ITZO thin film deposited at 3mTorr. This study found that ITZO thin films are very promising materials to replace ITO thin films in next-generation flexible display devices.

주제어

표/그림 (5)

그림 그림 1. SiO₂ 와 ITZO 박막의 공정 조건 Fig. 1 Process conditions for the SiO₂ and ITZO thin films
그림 그림 2. 공정압력에 따른 ITZO 박막의 비저항과 면저항 Fig. 2 Resistivity and sheet resistance of the ITZO thin films with working pressures
그림 그림 3. 공정압력에 따른 (a) 투과도 곡선 (b) 평균 투과도 (400-800 nm) Fig. 3 (a) Optical transmission spectra and (b) average transmittance (400-800 nm) of the ITZO thin films with various working pressures
그림 그림 4. 공정압력에 따른 ITZO 박막의 재료평가지수 Fig. 4 Figure of merit of the ITZO thin films with working pressures
그림 그림 5. 공정압력에 따른 ITZO 박막의 XRD 패턴 Fig. 5 XRD patterns of ITZO thin films with various working pressures

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 플라스틱 기판 중에서 가장 내열성이 우수하다고 알려진 PES 기판위에 버퍼층으로 20nm두께로 SiO₂ 박막을 플라즈마 화학기상증착 법으로 증착한 후, ITZO 박막을 고주파 마그네트론 스퍼터링 법으로 증착하여 공정압력에 따른 ITZO 박막의 전기적 및 광학적 특성들을 체계적으로 조사하여 플렉시블 디스플레이의 투명 전도막으로서의 응용 가능성을 조사하였다. XRD측정을 통해 공정압력에 상관없이 모든 ITZO 박막이 비정질 구조를 가지고 있음을 확인할 수 있었다.
본 연구에서는 플라스틱 기판 중에서 가장 내열성이 우수하다고 알려진 PES(: Polyether Sulfone) 기판위에 버퍼층으로 20nm두께로 SiO₂ 박막을 증착한 후, ITZO 박막을 고주파 마그네트론 스퍼터링 법으로 증착하여 공정압력에 따른 ITZO 박막의 전기적 및 광학적 특성들을 체계적으로 조사하여 플렉시블 디스플레이의 투명 전도막으로서의 응용 가능성을 조사하였다.

제안 방법

ITZO 박막의 구조적 특성은 X선 회절분석기(HR-XRD, Xpert-Pro, MRD)를 이용하여 조사하였다. ITZO 박막의 광학적 특성은 UV-Vis Spectrometer (Varian, Cary-500)를 이용하여 측정하였고, 전기적 특성은 Van der Pauw 법을 이용한 홀 효과 측정(Accent, HL5500PC)을 통해 조사하였다.
세척된 PES 기판위에 플라즈마 화학기상증착 법을 이용하여 SiO₂ 버퍼층을 20nm의 두께로 증착하였다. 버퍼층이 증착된 PES 기판 위에 2인치 직경의 ITZO(In₂O₃ :SnO₂ : ZnO = 90wt.% : 5wt.% : 5wt.%) 세라믹 타겟을 사용하여 고주파 마그네트론 스퍼터링 법으로 ITZO 박막을 증착하였다. 그림 1 에 SiO₂ 및 ITZO 박막의 공정 조건을 상세히 나타내었다.
기존의 유리 기판과 달리, PES 기판은 아세톤에 의해 손상되기 때문에 알코올과 정제수로 각각 2분의 초음파 세척을 한 뒤 질소로 건조하였다. 세척된 PES 기판위에 플라즈마 화학기상증착 법을 이용하여 SiO₂ 버퍼층을 20nm의 두께로 증착하였다. 버퍼층이 증착된 PES 기판 위에 2인치 직경의 ITZO(In₂O₃ :SnO₂ : ZnO = 90wt.

이론/모형

ITZO 박막의 광학적 특성은 UV-Vis Spectrometer (Varian, Cary-500)를 이용하여 측정하였고, 전기적 특성은 Van der Pauw 법을 이용한 홀 효과 측정(Accent, HL5500PC)을 통해 조사하였다.

성능/효과

박막을 플라즈마 화학기상증착 법으로 증착한 후, ITZO 박막을 고주파 마그네트론 스퍼터링 법으로 증착하여 공정압력에 따른 ITZO 박막의 전기적 및 광학적 특성들을 체계적으로 조사하여 플렉시블 디스플레이의 투명 전도막으로서의 응용 가능성을 조사하였다. XRD측정을 통해 공정압력에 상관없이 모든 ITZO 박막이 비정질 구조를 가지고 있음을 확인할 수 있었다. 전기적 특성 측정 결과, 공정압력 3mTorr에서 증착한 ITZO 박막이 8.
그림 3(b) 는 공정압력 변화에 따른 ITZO 박막의 가시광 영역(400-800 nm)에서의 평균 투과도를 나타낸 것이다. 공정압력이 1, 3, 5, 7mTorr로 증가함에 따라 가시광 영역에서의 평균 투과도는 각각 80.23, 80.88, 81.23, 81.33%로 큰 차이는 나타나지 않았지만 커지는 추세를 나타내었다.
면저항과 가시광 영역에서의 평균 투과도를 이용하여 재료평가지수를 구한 결과 공정압력 3mTorr 에서 증착한 ITZO 박막이 23.90×10-4 Ω-1의 가장 큰 값을 나타내었다.
전기적 특성 측정 결과, 공정압력 3mTorr에서 증착한 ITZO 박막이 8.02×10-4 Ω-cm의 비저항과 50.13 Ω/sq.
의 면저항으로 가장 우수한 전기적 특성을 나타내었다. 투과도 곡선을 측정한 결과 공정압력이 1 에서 7mTorrr로 증가함에 따라 80.23 에서 81.33%로 약간 커지는 추세를 나타내었다. 면저항과 가시광 영역에서의 평균 투과도를 이용하여 재료평가지수를 구한 결과 공정압력 3mTorr 에서 증착한 ITZO 박막이 23.

후속연구

본 연구를 통해 상온에서 증착한 비정질의 ITZO 박막이 우수한 광학적 및 전기적 특성을 나타냄을 확인할 수 있었고, 향후 공정 조건에 대한 체계적인 연구를 진행한다면 차세대 플렉시블 디스플레이의 투명 전도막으로서 매우 유망한 재료가 될 수 있을 것으로 사료된다.

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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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