Electrical and optical properties of Al and F doped ZnO transparent conducting film by sol-gel method

Al-doped and F-doped ZnO (ZnO : Al & ZnO : F) thin films were coated onto glass substrate by sol-gel method. These films showed c-axis orientation in common, but different I(002)/[I(002) + I(101)] and FWHM (full width at half-maximum). In particular, the grain size of the ZnO : Al films decreased with the increase in the Al-doping concentration, while for the ZnO : F films the grain siae increased up to F 3 at% and then decreased. For the electrical properties, Hall effect measurement was used. The resistivity of the ZnO : Al films and the ZnO : F films were, respectively, $2.9{\times}10^{-2}{\Omega}cm$ at Al 1 at% and $3.3{\times}10^{-1}{\Omega}cm$ at F 3 at%. Moreover compared with ZnO:Al films, ZnO:F films have lower carrier concentration (ZnO : Al $4.8{\times}10^{18}cm^{-3}$, ZnO : F $3.9{\times}10^{16}cm^{-3}$) and higher mobility (ZnO : Al $45cm^2/Vs$, ZnO : F $495cm^2/Vs$). For average optical transmittances, ZnO : Al thin films have $86{\sim}90%$ and ZnO : F films have $77{\sim}85%$ comparatively low.

Sol-gel법에 의한 Al과 F가 첨가된 ZnO 투명전도막의 전기 및 광학적 특성

Al이 첨가된 ZnO(ZnO : Al) 박막과 F이 첨가된 ZnO(ZnO : F) 박막을 sol-gel 법을 이용하여 glass 기판위에 코팅하였다. 공통적으로 (002)면의 c-축 배향성을 보였지만 I(002)/[I(002) + I(101)]와 FWHM(full width at half-maximum) 값은 차이를 보였다. 특히 입자크기에 있어서는 ZnO : Al 박막에서 첨가농도가 증가함에 따라 입자크기가 감소한 반면 ZnO : F 박막에서는 F 3 at%까지 입자크기가 증가하다가 그 이후로 다시 감소하는 경향을 보였다. 진기적 성질의 측정을 위해서 Hall effect measurement를 이용하였는데 ZnO : Al 박막의 경우 Al 1 at%에서 비저항이 $2.9{\times}10^{-2}{\Omega}cm$ 이었고 ZnO : F에서는 F 3 at%에서 $3.3{\times}10^{-1}{\Omega}cm$의 값을 보였다. 또한 ZnO : F 박막은 ZnO : Al 박막에 비해서 캐리어 농도는 낮았지만(ZnO : Al $4.8{\times}10^{18}cm^{-3}$, ZnO : F $3.9{\times}10^{16}cm^{-3}$) 이동도에 있어서 상당히 큰 값(ZnO : Al $45cm^2/Vs$ ZnO:F $495cm^2/Vs$)을 보였다. 가시광선 영역에서의 평균 광투과도에 있어서는 ZnO : Al 박막에서 $86{\sim}90%$의 값을 보였지만 ZnO : F에서는 $77{\sim}85%$로 상대적으로 낮은 광투과도를 나타내었다.