초록 ▼

연구개요
ZnO, SnO₂, In₂O₃, Ga₂O₃ 등 2가지 원소로 이루어진 산화물을 기반으로 하는 2성분계 반도체로 ZnO 기반의 박막트랜지스터(Thin-Film Transistor, TFT)는 높은 운반자 농도로 인한 소자제어성의 감소, 결함들로 인한 소자 특성의 불안정, 외부환경과의 반응 등의 문제가 야기 되었다. Zinc(Zn) 위치에 1족의 원소를 도핑하거나 Oxygen(O) 위치에 5족의 원소를 도핑 하여 이러한 문제

연구개요
ZnO, SnO₂, In₂O₃, Ga₂O₃ 등 2가지 원소로 이루어진 산화물을 기반으로 하는 2성분계 반도체로 ZnO 기반의 박막트랜지스터(Thin-Film Transistor, TFT)는 높은 운반자 농도로 인한 소자제어성의 감소, 결함들로 인한 소자 특성의 불안정, 외부환경과의 반응 등의 문제가 야기 되었다. Zinc(Zn) 위치에 1족의 원소를 도핑하거나 Oxygen(O) 위치에 5족의 원소를 도핑 하여 이러한 문제를 해결하려 하고 있다. 또한 이러한 문제를 해결하기 위하여 다성분계 산화물 반도체에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는데, 본 연구에서도 ZnO에 Sn이나 Zr을 도핑하여 그 효과를 연구하여 발표하였으며 연구과정에서 Zinc Tin Oxide (ZTO)가 투명 산화물 전극 물질뿐만 아니라 반도체 특성을 갖는 다성분계 산화물 반도체로 이 물질의 특성 연구에 집중하게 되었다.

연구 목표대비 연구결과
1차년도에는 박막성장조건이 ZTO 박막의 전자구조, 전기적 광학적 특성에 미치는 영항을 관찰하였는데, 2차년도 연구는 ZTO 박막 제작 및 물성, 광학적 특성, 전기적 특성 측정 등 ZTO 박막의 특성 측정 및 리튬2차전지와 Solar Cell의 투명전극물질로서의 응용 가능성에 중점을 두고 연구하고, 그리고 마지막년도엔 ZTO 및 ZTO에 또 다른 도핑물질 Zr을 넣어 무독성이고 저비용으로 대면적 제작이 가능한 투명산화물 반도체의 개발에 목표를 두었다.
산소공극이 ZTO 박막의 특성에 미치는 영향을 연구하였는데, XPS, UPS, UV-Vis., NEXAFS 등의 측정을 통하여 에너지 밴드 구조를 밝혔고, 이로써 산소공극을 측정하는 직접적인 방법은 없지만 이와 같은 간접적인 측정을 통하여 산소공극의 존재를 밝히고 산소공극이 금속-산소 결합특성 변화를 밝혔다.
2차년도에서는 Sn-doped ZnO 박막에서 Sn의 도핑량에 따른 국소구조에 관한 연구에서는 100:0에서 70:30까지의 몰비를 가진 ZnO:SnO2 타겟을 이용하여 온도 350℃인 비정질 석영기판에 성장시켜 SnO2 도핑량에 따른 ZTO 박막의 구조를 측정하고, 표면형태를 관찰하였고, X-선 흡수 측정으로 국소구조를 측정하였다.
3차년도 연구는 Zn₂SnO₄/MgO(100)와 Cu/Al2O3(0001)의 에피탁셜 박막 성장 및 구조와 물성특성 측정 그리고 또 다른 도핑물질 Zr을 넣어 무독성이고 저비용으로 대면적 제작이 가능한 투명산화물 반도체의 개발하였다.

위의 성과는 J. of Applied Physics, Thin Solid Films, Materials Chemistry and Physics에 발표하여 다수의 피인용지수가 있는 것으로 보아 연구목표를 무사히 달성했다고 사료된다.

연구개발결과의 중요성
물질에서 산소의 거동은 매우 중요한데, 특히 박막에서는 더더욱 그렇다. 산소공극이 박막의 특성에 미치는 영향에 대한 많은 연구가 수행되고 있다. 산소공극을 직접적으로 측정할 수 있는 방법은 없으나 XPS O 1s 와 O K-edge NEXAFS에서의 산소거동으로 산소공극의 존재를 추론할 수 있다. 본 연구에서 제작한 모든 TCO 박막은 평균 85% 이상을 보여 투명전도체로써 실용가치가 충분하다. 또한 Sn이나 Zr를 도핑한 ZnO는 무독성이고 저비용으로 대면적 제작이 가능한 투명산화물 반도체로 산업체에서의 응용성도 가능하다. 이와 같은 투명전도성/반도체산화물에서의 산소거동, 도핑효과 등의 연구는 학문적인 분야에서도 중요하고 산업체에서의 실제 응용에서도 매우 중요하기 때문에 분 연구개발도 학문분야와 산업체에 모두 중요한 역할을 할 것으로 기대한다.

(출처 : 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 3
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• 1) ZTO 박막 성장 ... 5
• 2) X-선을 이용한 X-선 회절(X-ray Diffraction, XRD) 측정으로 ZTO 박막의 구조 해석 ... 5
• 3) X-선 흡수 미세 분광법(X-ray Absorption Fine Structure, XAFS)을 이용한 Local Structure, Doping 물질의 거동 및 전자구조 연구 ... 6
• 4) X-ray Photoemission Spectroscopy (XPS) ... 6
• 5) 광학적 특성 분석 ... 7
• 6) 전기적 특성 분석 ... 7
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 11
• 4. 참고문헌 ... 12
• 5. 연구성과 ... 13
• 끝페이지 ... 13