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F 농도 조절을 통한 AZO 박막의 광학적 전기적 특성 향상
Improvement of Optical and Electrical Properties of AZO Thin Films by Controlling Fluorine Concentration 원문보기

한국재료학회지 = Korean journal of materials research, v.31 no.3, 2021년, pp.150 - 155  

장수영 (전남대학교 신소재공학과) ,  장준성 (전남대학교 신소재공학과) ,  조은애 (전남대학교 신소재공학과) ,  (전남대학교 신소재공학과) ,  김지훈 (전기전자컴퓨터공학부, 광주과학기술원) ,  문종하 (전남대학교 신소재공학과) ,  김진혁 (전남대학교 신소재공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Zinc oxide (ZnO) based transparent conducting oxides (TCO) thin films, are used in many applications such as solar cells, flat panel displays, and LEDs due to their wide bandgap nature and excellent electrical properties. In the present work, fluorine and aluminium-doped ZnO targets are prepared and...

주제어

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제안 방법

  • 박막 증착 이전에 스퍼터링 챔버의 진공을 2*10−6 Torr로 유지하였고 아르곤 가스 유량을 20sccm, 압력을 5mTorr, 기판온도를 270oC로설정하고 각 함량별 타겟을 40W의 RF 전력을 인가하면서 600~650nm 두께로 증착하였다. F의 함량에 따라 각 샘플의 이름은 AZO (0wt%), FAZO1 (0.5wt%), FAZO2 (1.0wt%), FAZO3 (1.5wt%), FAZO4 (2.0wt%) 로 하였다.
  • RF 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 ZnO에 Al과 F을동시 도핑한 FAZO 박막을 플루오린 함량별로 제작한 후박막의 구조적, 전기적, 광학적 특성을 분석하였다. 제조된 FAZO 박막은 F을 소량 도핑(0.
  • 5wt%씩 조절하여 총 5개의 타겟을 제조하였다. 각각의 파우더를 각 함량에 맞게 Nalgene 병에 담고 용매인 IPA과 함께 지르코니아 볼을 넣어 48시간 동안 ball- milling을 실시해 파우더를 균일하게 교반 하였다. 그리고 dry oven을 이용해 80oC에서 72시간동안 상압 의대기 분위기에서 건조를 진행하였다.
  • 박막의 전기적 특성 평가를 위해 hall measurement (HMS-3000, Ecopia, Korea)를 이용하였다. 그리고 박막의 광학적 특성인 투과도 및 밴드 갭 측정을 위해 UV-vis spectroscopy (Cary 100, Varian, Mulgrave, Australia)를 이용하였으며 박막의 조성을 분석하기 위해 energy dispersive spectroscopy (EDS)를 이용하였다.
  • 하지만 550 nm에서의 투과율 값으로 FOM을 계산하게 될 경우, 박막의 두께 및 간섭에 의한 파장 때문에 정확한 성능평가를 하기 어렵다. 따라서 조금 더 신뢰성 있는 평가를 위해 400~800nm의 가시광선 영역에서의 평균 투과율을 이용하여 계산하였다. 그래프에서 볼 수 있듯이 550nm에서 계산한 값과 400~800nm에서 계산한 값의 경향성이 달랐다.
  • 1T)을 사용하였고 증착하기 전에 초음파 세척기를 이용해 암모니아와 증류수를 1:3 비율로 섞은 용액에 세척을 한 후 hot plate를 이용해 100oC에서 건조시켰다. 박막 증착 이전에 스퍼터링 챔버의 진공을 2*10−6 Torr로 유지하였고 아르곤 가스 유량을 20sccm, 압력을 5mTorr, 기판온도를 270oC로설정하고 각 함량별 타겟을 40W의 RF 전력을 인가하면서 600~650nm 두께로 증착하였다. F의 함량에 따라 각 샘플의 이름은 AZO (0wt%), FAZO1 (0.
  • 본 연구에서는 마그네트론 스퍼터링 방법을 이용해 유리 기판에 F과 Al을 동시 도핑한 ZnO (F and Al co doped ZnO, FAZO)를 증착하여 F의 함량(0~2.0wt%) 이 박막의 전기적, 광학적, 구조적 특성에 주는 영향을 분석하였다
  • 증착된 FAZO 박막의 결정 구조 및 성장 방향을 분석하기 위해 X-선 회절기(X-ray diffractmeter: X’pert PRO, Philips, Eindhoven, Netherlands)를 이용했고 박막의 표면 형상 및 두께를 분석하기 위해 field emission scanning electron microscope (S4700, Hitachi, Japan) 과 atomic force microscopy (XE-100, Park systems, Korea)을 이용하였다. 박막의 전기적 특성 평가를 위해 hall measurement (HMS-3000, Ecopia, Korea)를 이용하였다.

대상 데이터

  • 99%) 파우더를 이용하여 타겟을 제작하였다. Al 함량을 2wt%로 고정하고 F 함량을 0~2.0wt%로 0.5wt%씩 조절하여 총 5개의 타겟을 제조하였다. 각각의 파우더를 각 함량에 맞게 Nalgene 병에 담고 용매인 IPA과 함께 지르코니아 볼을 넣어 48시간 동안 ball- milling을 실시해 파우더를 균일하게 교반 하였다.
  • RF 마그네트론 스퍼터링 시스템을 사용하여 박막을 증착하기 위해 고순도의 ZnO (99.99%), Al2O3 (99.99%), ZnF2 (99.99%) 파우더를 이용하여 타겟을 제작하였다. Al 함량을 2wt%로 고정하고 F 함량을 0~2.
  • 박막을 증착하기 위해 사용된 기판은 유리 기판(micro- scope slides, 25*25 mm*1.1T)을 사용하였고 증착하기 전에 초음파 세척기를 이용해 암모니아와 증류수를 1:3 비율로 섞은 용액에 세척을 한 후 hot plate를 이용해 100oC에서 건조시켰다. 박막 증착 이전에 스퍼터링 챔버의 진공을 2*10−6 Torr로 유지하였고 아르곤 가스 유량을 20sccm, 압력을 5mTorr, 기판온도를 270oC로설정하고 각 함량별 타겟을 40W의 RF 전력을 인가하면서 600~650nm 두께로 증착하였다.

이론/모형

  • 그리고 dry oven을 이용해 80oC에서 72시간동안 상압 의대기 분위기에서 건조를 진행하였다. 건조된 분말을 틀 (mold)을 이용하여 성형하였으며 CIP (cold isostatic pressing) 방법으로 2차 압축을 진행하였다. 이후, 로 (furnace)를 이용하여 1, 100oC에서 8시간 동안 소결하여타겟을 제작하였다.
  • 이용하였다. 박막의 전기적 특성 평가를 위해 hall measurement (HMS-3000, Ecopia, Korea)를 이용하였다. 그리고 박막의 광학적 특성인 투과도 및 밴드 갭 측정을 위해 UV-vis spectroscopy (Cary 100, Varian, Mulgrave, Australia)를 이용하였으며 박막의 조성을 분석하기 위해 energy dispersive spectroscopy (EDS)를 이용하였다.
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