[논문]산소 유입 없이 RF 스퍼터로 증착한 고품질 ITO 박막의 두께와 열처리 온도에 따른 박막의 특성 변화

성지하; 김형민; 신성민; 김경환; 홍정수

doi:10.4313/jkem.2024.37.3.3

[국내논문] 산소 유입 없이 RF 스퍼터로 증착한 고품질 ITO 박막의 두께와 열처리 온도에 따른 박막의 특성 변화
Effects of Film Thickness and Post-Annealing Temperature on Properties of the High-Quality ITO Thin Films with RF Sputtering Without Oxygen

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers, v.37 no.3, 2024년, pp.253 - 260

성지하 (가천대학교 전기공학과) , 김형민 (가천대학교 전기공학과) , 신성민 (가천대학교 전기공학과) , 김경환 (가천대학교 전기공학과) , 홍정수 (가천대학교 전기공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, ITO thin films were fabricated on a glass substrate at different thicknesses without introducing oxygen using RF sputtering system. The structural, electrical, and optical properties were evaluated at various thicknesses ranging from 50 to 300 mm. As the thickness of deposited ITO thin film become thicker from 50 to 100 mm, carrier concentration, mobility, and band gap energy also increased while the resistivity and transmittance decreased in the visible light region. When the film thickness increased from 100 to 300 mm, the carrier concentration, mobility, and band gap energy decreased while the resistivity and transmittance increased. The optimum electrical properties were obtained for the ITO film 100 nm. After optimizing the thickness, the ITO thin films were post-annealed at different temperatures ranging from 100 to 300℃. As the annealing temperature increased, the ITO crystal phase became clearer and the grain size also increased. In particular, the ITO thin film annealed at 300℃ indicated high carrier concentration (4.32 × 1021 cm-3), mobility (9.01 cm2/V·s) and low resistivity (6.22 × 10-4 Ω·cm). This means that the optimal post-annealing temperature is 300℃ and this ITO thin film is suitable for use in solar cells and display application.

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표/그림 (12)

표 Table 1. Sputtering conditions for ITO thin films.
그림 Fig. 1. XRD patterns of ITO thin films deposited with different thickness.
표 Table 2. Calculated grain sizes of ITO films deposited at various thickness.
그림 Fig. 2. SEM surface morphology images of ITO thin films deposited with different thickness (a) 50 nm, (b) 100 nm, (c) 150 nm, (d) 200 nm, and (e) 300 nm.
그림 Fig. 3. Variation of the resistivity, carrier concentration and Hall mobility of ITO thin films deposited with different thickness.
표 Table 3. Electrical properties of ITO thin films deposited with different thickness.
그림 Fig. 4. UV-vis spectra and optical band gap energy of the ITO thin films: (a) UV-vis spectra of ITO thin films deposited with different thickness and (b) optical band gap energy of ITO thin films deposited with different thickness.
그림 Fig. 5. XRD patterns of ITO thin films post-annealed at different temperatures in the range of room temperature 300℃ (*: ITO).
그림 Fig. 7. Variation of the resistivity, carrier concentration and Hall mobility of ITO thin films post-annealed at different temperatures.
표 Table 4. Electrical properties of ITO thin films post-annealed at different temperatures.
그림 Fig. 6. SEM surface morphology images of ITO thin films postannealed at different temperatures (a) 100℃, (b) 200℃, and (c) 300℃.
그림 Fig. 8. UV-vis spectra and optical band gap energy of the ITO thin film: (a) UV-vis spectra of the thin film post-annealed at different temperatures and (b) optical band gap energy of the thin film postannealed at different temperatures.

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