[논문]RF 마그네트론 스퍼터링법으로 투명 PI 기판에 증착된 ITO 박막의 특성에 미치는 열처리의 영향

김해찬; 조현; 김진곤

doi:10.6111/jkcgct.2020.30.1.012

RF 마그네트론 스퍼터링법으로 투명 PI 기판에 증착된 ITO 박막의 특성에 미치는 열처리의 영향
Effects of heat-treatment on the properties of ITO films on transparent polyimide substrates by RF magnetron sputtering 원문보기

한국결정성장학회지 = Journal of the Korean crystal growth and crystal technology, v.30 no.1, 2020년, pp.12 - 16

김해찬 (주식회사 비오엔) , 조현 (부산대학교 나노메카트로닉스공학과) , 김진곤 (부산대학교 나노메카트로닉스공학과)

초록
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RF 마그네트론 스퍼터링법으로 투명 PI 기판 위에 상온 증착된 ITO(indium tin oxide) 박막을 여러 온도(50, 100, 150 그리고 200℃)에서 열처리하였다. 열처리 온도에 따른 ITO 박막의 전기적, 광학적 특성과 결정성의 변화를 조사하였다. 상온 증착된 ITO 박막은 비정질 구조를 가지며 열처리 온도가 증가할수록 결정성과 결정립 크기가 증가하였다. 이러한 구조적 변화와 더불어 전하 캐리어 농도와 이동도가 증가함으로써 비저항은 열처리 온도가 50℃에서 200℃로 증가함에 따라 2.93 × 10^-3 Ω·cm에서 1.21 × 10^-4 Ω·cm로 감소하였다. ITO가 증착된 PI 기판의 투과도는 열처리함으로써 감소하였다. 50~150℃ 온도에서는 81 % 이상이었고 200℃에서는 78 %로 상당히 감소하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Indium tin oxide (ITO) films were prepared onto transparent polyimide (PI) substrates by RF magnetron sputtering at room temperature. The deposited ITO films were heat-treated at various temperatures (50, 100, 150, and 200℃). The effect of post heat-treatment temperature on structural, electrical and optical properties of ITO films were investigated. It was found that the as-deposited ITO films were amorphous and the degree of crystallinity and the grain size increased with an increasing heat-treatment temperature, which led to the increase in carrier concentration and mobility. The electrical resistivity of as-deposited ITO films was 2.73 × 10-3 Ω·cm. With the heat-treatment temperature increasing from 50 to 200℃, the electrical resistivity decreased from 2.93 × 10-3 to 1.21 × 10-4 Ω·cm. The average transmittance (400~800 nm) of the ITO deposited PI substrates was decreasing with post heat-treatment temperature and was above 81 % for the temperatures 50~150℃ and decreased considerably to 78 % at 200℃.

주제어

표/그림 (4)

$Fig. 1. X-ray diffraction patterns of ITO films deposited on PI substrates and heat-treated at different temperatures.$ 그림 Fig. 1. X-ray diffraction patterns of ITO films deposited on PI substrates and heat-treated at different temperatures.
그림 Fig. 2. (a) Transmittance spectra and (b) average transmittance (400~800 nm) of ITO films deposited on PI substrates and heat-treated at different temperatures.
그림 Fig. 3. Carrier concentration and Hall mobility of ITO films deposited on PI substrates and heat-treated at different temperatures.
그림 Fig. 4. Resistivity of ITO films deposited on PI substrates and heat-treated at different temperatures.

AI 본문요약
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제안 방법

ITO 박막을 투명 PI 기판에 RF 스퍼터링법을 이용하여 증착한 후 여러 온도에서 열처리하였다. XRD 분석결과로부터 열처리하지 않은 ITO 박막은 비정질 구조이었고 열처리함으로써 ITO 박막의 결정화가 진행되었음을 확인하였고, 열처리 온도가 200°C일 때 가장 높은 결정성을 나타내었다.
ITO 박막의 두께는 alpha-step profilometer(Bruker, DektakXT)를 이용하여 측정하였고, 박막의 결정 구조는X-ray diffractometer(Rigaku Miniflex 2, Cu-K_a)를 이용하여 분석하였다. 비저항과 전하 농도 그리고 이동도를 측정하기 위해 Hall effect measurement system(Ecopia, HMS-3000)을 이용하였다.
비저항과 전하 농도 그리고 이동도를 측정하기 위해 Hall effect measurement system(Ecopia, HMS-3000)을 이용하였다. 광투과도는 UV-vis spectro-photometer(Filmetrics, F20-EXR)를 사용하여 350~800nm 영역의 파장에서 측정하였다.
본 논문에서는 RF 마그네트론 스퍼터를 이용하여 상온에서 투명 PI 기판 위에 ITO 박막을 증착하고 여러온도에서 열처리하였다. 투명 PI 기판 위에 증착된 ITO박막의 열처리 온도에 따른 결정성, 비저항 및 광투과도를 측정하였다.
평균 증착속도는 약 8nm/min이었다. 증착이 완료된 ITO 박막은 진공 열처리로에서 50, 100, 150 그리고 200oC에서 120분 동안 열처리하였다.
본 논문에서는 RF 마그네트론 스퍼터를 이용하여 상온에서 투명 PI 기판 위에 ITO 박막을 증착하고 여러온도에서 열처리하였다. 투명 PI 기판 위에 증착된 ITO박막의 열처리 온도에 따른 결정성, 비저항 및 광투과도를 측정하였다.

대상 데이터

ITO 박막은 90wt% In₂O₃-10 wt% SnO₂ 조성의 타겟을 사용하여 두께 125 mm 투명 PI 기판에 RF 마그네트론 스퍼터를 이용하여 상온에서 증착하였다. PI 기판은아세톤, 에탄올 그리고 2차 증류수에서 각각 10분 동안 초음파 세척하였다.

이론/모형

(440) 피크로부터 열처리한 ITO 박막의 결정립 크기 (D)를 Scherrer 식을 이용하여 계산하였다.
)를 이용하여 분석하였다. 비저항과 전하 농도 그리고 이동도를 측정하기 위해 Hall effect measurement system(Ecopia, HMS-3000)을 이용하였다. 광투과도는 UV-vis spectro-photometer(Filmetrics, F20-EXR)를 사용하여 350~800nm 영역의 파장에서 측정하였다.

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