[논문]고습에서 열처리된 ITO 박막의 전기적 및 광학적 특성

마대영; 박기철

doi:10.7471/ikeee.2021.25.1.47

고습에서 열처리된 ITO 박막의 전기적 및 광학적 특성
Electrical and optical properties of ITO films annealed at high humidity 원문보기

전기전자학회논문지 = Journal of IKEEE, v.25 no.1, 2021년, pp.47 - 52

마대영 (Dept. of Electrical Engineering & ERI, Gyeongsang National University) , 박기철 (Dept. of Semiconductor Engineering & ERI, Gyeongsang National University)

초록
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고주파 마그네트론 스퍼터링으로 증착된 ~185 nm 두께의 ITO막을 습도 100%에서 열처리하였다. 온도 200 ℃, 250 ℃, 300 ℃, 350 ℃, 400 ℃ 및 450 ℃에서 각각 4시간 동안 열처리하였다. 고습 열처리에 따른 저항률, 전자농도 및 이동도 변화를 조사하였다. XRD결과로 스트레스 변화를 계산하였으며, FESEM 사진을 통해 ITO막의 표면형상을 관찰하였다. 광투과율을 측정한 후 에너지 밴드 갭을 구하였으며, Burnstein-Moss 효과와 비교 및 분석하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The ~185 nm thick ITO films deposited by high frequency magnetron sputtering were annealed at 100% humidity. Annealing was performed at 200℃, 250℃, 300℃, 350℃, 400℃ and 450℃ for 4 hours, respectively. Variations in resistivity, electron concentration, and mobility by high-humidity annealing were investigated. The stress change was estimated from the XRD results, and the surface morphology of films was observed through the FESEM micrographs. After measuring the light transmittance, the energy-band-gap was obtained and analyzed with the Burnstein-Moss effect.

주제어

표/그림 (9)

그림 Fig. 1. Geometries of out-of-plane and in-plane XRD. 그림 1. Out-of-plane 및 in-plane XRD의 형상
그림 Fig. 2. Resistivity variation of annealed ITO films in high-humidity. 그림 2. 고습 열처리된 ITO막의 저항률 변화
그림 Fig. 3. Electron concentration and mobility of ITO films annealed in high-humidity as a function of annealing temperature. 그림 3. 고습 열처리된 ITO막의 열처리온도에 따른 캐리어 농도 및 이동도
그림 Fig. 4. Out-of-plane XRD patterns of ITO films annealed at: (a) room temperature, (b) 200 ℃, (c) 250 ℃, (d) 300 ℃, (e) 350 ℃, (f) 400 ℃, and (g) 450 ℃. 그림 4. 열처리한 ITO막의 정면 XRD 패턴: (a) 상온, (b) 200 ℃, (c) 250 ℃, (d) 300 ℃, (e) 350 ℃, (f) 400 ℃, and (g) 450 ℃
그림 Fig. 5. In-plane XRD patterns of ITO films annealed at: (a) room temperature, (b) 200 ℃, (c) 250 ℃, (d) 300 ℃, (e) 350 ℃, (f) 400 ℃, and (g) 450 ℃. 그림 5. 열처리한 ITO막의 측면 XRD 패턴: (a) 상온, (b) 200 ℃, (c) 250 ℃, (d) 300 ℃, (e) 350 ℃, (f) 400 ℃, and (g) 450 ℃
그림 Fig. 6. Stresses of the ITO films as a function of high-humidity annealing temperature. 그림 6. 고습 열처리 온도에 따른 ITO막의 스트레스
그림 Fig. 7. Transmittance of ITO films annealed at: (a) room temperature, (b) 200 ℃, (c) 250 ℃, (d) 300 ℃, (e) 350 ℃, (f) 400 ℃, and (g) 450 ℃. 그림 7. 열처리한 ITO막의 투과율: (a) 상온, (b) 200 ℃, (c) 250 ℃, (d) 300 ℃, (e) 350 ℃, (f) 400 ℃, and (g) 450 ℃
그림 Fig. 8. Energy-band-gap of ITO films as a function of high-humidity annealing temperature. 그림 8. 고습 열처리 온도에 따른 ITO막의 에너지 밴드 갭
그림 Fig. 9. energy-band-gap shift of ITO films as a function of electron concentration. 그림 9. ITO막의 전자농도에 따른 에너지 밴드 갭 변위

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 고습 열처리에 따른 ITO막의 전 기적 및 광학적 특성을 측정하고 그 변화를 분석하 였다

제안 방법

열처리에 따른 결정면들의 재 배열이 이동도 증가의 원인인 것으로 판단된다. ITO의 (400)피크로부터 격자상수()를 구한 후 스트레스를 계산하였다. 스트레스는 기판의 수직방향 ( ) 및 수평방향( ) 성분으로 나뉘며, 스트레인 ()과 아래의 관계를 갖는다[5]
XRD결 과로부터 ITO막의 스트레인 및 스트레스를 구하였 다. UV/Vis 영역에서의 광투과율을 측정하고 에너 지 밴드 갭을 구하였다. 에너지 밴드 갭의 변화를 Burnstein-Moss효과[3]로 해석하였다.
X-ray를 기판 위에서 조사하는 방법 (out-of-plane XRD)과 기판에 수평으로 조사하는 방 법(in-plane XRD)을 사용하였다(그림 1). XRD결 과로부터 ITO막의 스트레인 및 스트레스를 구하였 다. UV/Vis 영역에서의 광투과율을 측정하고 에너 지 밴드 갭을 구하였다.
Van der Pauw 법으로 ITO막의 저항률, 전자농도 및 이동도를 측정하였으며, 엑스선 회절법(x-ray diffraction, XRD)을 사용하여 막의 결정구조 변화 를 조사하였다. XRD를 위해 CuKα 선(λ = 1.542Å)을 회절각 2θ = 20°～60°에서 각 간격 0.01°로 주사하였다. X-ray를 기판 위에서 조사하는 방법 (out-of-plane XRD)과 기판에 수평으로 조사하는 방 법(in-plane XRD)을 사용하였다(그림 1).
면저항 ～8.5 Ω/⏴인 ITO막을 습도 100%에서 50 ℃ 간격으로 200 ℃～450 ℃까지 각각 4시간 동안 열처리하였다. 열처리에 의해 전자농도가 감소하였 으며, 이동도의 경우, 열처리 온도 300 ℃까지 증가 하다가 350 ℃ 이상에서 다시 감소하였다.
98 eV까지 감소하였다. 에너 지 밴드 갭 변화를 통해 열처리에 따른 전자농도 감소 현상을 재확인하였다
정사각형(1cmx1cm) ITO막의 두 모서리에 전류 ( )를 흘리면서 나머지 두 모서리에 유도된 전압 ( )을 측정한 후 그 비로 저항( )을 구하였다. 전류 단자를 바꿔 저항()을 구한 후 아래 식을 사용하여 저항률()을 계산하였다[4].
열처리 온도 300 ℃에서 미소하게 시작하여 400 ℃에서 급격하게 증 가하였다. 정전류원(1 mA)과 영구자석(0.37 T)을 사용하여 홀 전압을 측정하였다. 측정된 홀 전압으 로부터 ITO막의 전자농도 및 이동도를 구하였다.
37 T)을 사용하여 홀 전압을 측정하였다. 측정된 홀 전압으 로부터 ITO막의 전자농도 및 이동도를 구하였다. 그림 3에 열처리 온도에 따른 ITO막의 전자농도 및 이동도를 나타내었다.

대상 데이터

여기서 는 Young 계수(×  ), 는 Poisson 비() 그리고 는 단결정 ITO의 격자상수이다.  및 는 각각 in-plane XRD 및 out-of-plane XRD의 (400)피크로부터 구하였다. 그림 6에 고습 열처리에 따른 ITO막의 스트레스 변화를 나타내었 다.
～185 nm 두께의 ITO가 증착된 슬라이드 글라 스를 MSE Supplies로부터 구입하였다. ITO막은 RF magnetron sputtering으로 증착되었으며 면저 항은 ～8.

이론/모형

Van der Pauw 법으로 ITO막의 저항률, 전자농도 및 이동도를 측정하였으며, 엑스선 회절법(x-ray diffraction, XRD)을 사용하여 막의 결정구조 변화 를 조사하였다. XRD를 위해 CuKα 선(λ = 1.
01°로 주사하였다. X-ray를 기판 위에서 조사하는 방법 (out-of-plane XRD)과 기판에 수평으로 조사하는 방 법(in-plane XRD)을 사용하였다(그림 1). XRD결 과로부터 ITO막의 스트레인 및 스트레스를 구하였 다.
UV/Vis 영역에서의 광투과율을 측정하고 에너 지 밴드 갭을 구하였다. 에너지 밴드 갭의 변화를 Burnstein-Moss효과[3]로 해석하였다.

성능/효과

그러나 인장응력의 경우, 200 ℃의 열처리에서는 증가한 후 300 ℃부 터 감소하였다. ITO막의 XRD 결과로부터, 열처리 온도 200～450 ℃에서도 전자 이동도에 영향을 미 치는 결정구조의 변화가 발생한다는 것을 알 수 있다. 그림 7에 ITO막의 UV/Vis 광투과율을 나타내 었다.
XRD 결과를 통해 열처리 온도 200～450 ℃에서 도 전자의 이동도에 영향을 미치는 결정구조의 변 화가 발생한다는 것을 알 수 있었다.

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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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