Influence of AZO Thin Films Grown on Transparent Plastic Substrate with Various Working Pressure and Gas Flow Rate

In this study, AZO (Al: 3 wt%) thin films have been prepared on PES Plastic substrates at various working pressure (5~20 mTorr), $O_2$ gas flow rate(0~3%) and the fixed substrate temperature of 200 f by using the RF magnetron sputtering and their optical and electrical properties have been studied. The XRD measurement shows that AZO thin films exhibit c-axis preferred orientation. From the results of AFM measurements, it is known that the lowest surface roughness (3.49 nm) is obtained for the AZO thin film fabricated at 5 mTorr of working pressure and 3% of $O_2$ gas flow rate. The optical transmittance of AZO thin films is measured as 80% in the visible region. We observe that the energy band gap of AZO thin films increases with decreasing the working pressure and the $O_2$ gas flow rate. This phenomenon is due to the Burstein-Moss effect. Hall measurement shows that the maximum carrier concentration ($2.63\;{\times}\;10^{20}\;cm^{-3}$) and the minimum resistivity ($4.35\;{\times}\;10^{-3}\;{\Omega}cm$) are obtained for the AZO thin film fabricated at 5mTorr of working pressure and 0% of $O_2$ gas flow rate.

공정 압력과 산소 가스비가 투명 플라스틱 기판에 성장시킨 AZO 박막에 미치는 영향

본 연구에서는 RF magnetron sputtering법으로 기판온도 $200^{\circ}C$에서 공정 압력 (5~20 mTorr)과 산소 가스비 (0~3%)를 변화시켜가며 PES 플라스틱 기판 위에 AZO (Al:3wt%) 박막을 제작하여 광학적 및 전기적 특성을 조사하였다. XRD 측정을 통해 공정 조건에 관계없이 모든 AZO박막이 c 축으로 우선 성장함을 확인할 수 있었다. 박막의 표면을 AFM 으로 조사한 결과, 표면 거칠기 값은 공정압력 5 mTorr, 산소 가스비 3%에서 제작한 박막에서 가장 낮은 값 (3.49 nm) 을 나타내었다. 모든 AZO 박막이 가시광 영역에서 80% 정도의 투과율을 보였으며, 공정 압력과 산소 가스비가 감소할수록 에너지 밴드갭이 증가하는 Burstein-Moss 효과를 관찰할 수 있었다. Hall 측정 결과, 공정 압력 5 mTorr와 산소 가스비 0%에서 제작한 AZO 박막에서 가장 높은 캐리어 농도 $2.63\;{\times}\;10^{20}\;cm^{-3}$ 값과 가장 낮은 비저항 $4.35\;{\times}\;10^{-3}\;{\Omega}cm$ 값을 나타내었다.