The Effect of Residual H2Pressure on Gallium-doped ZnO Films Deposited by Magnetron Sputtering

Gallium doped Zinc Oxide(GZO) films were deposited by dc magnetron sputtering using a GZO ceramic target at various conditions such as substrate temperature (RT, 400), residual water pressure ($P_{H_2O}$; 1.61${\times}10^{-4}∼2.2{\times}10^{-3}$ Pa), introduction of $H_2$ gas (8.5%) and different magnetic field strengths(250, 1000G). GZO films deposited without substrate heating showed clear degradation in film crystallinity and electrical properties with increasing $P_{H_2O}$. The resistivity increased from 3.0${\times}10^{-3}$ to 3.1${\times}10^{-2}{\Omega}㎝$ and the grain size of the films decreased from 24 to 3 nm when PH2O was increased from 1.61${\times}10^{-4}$ to 2.2${\times}10^{-3}$ Pa. However, degradation in electrical properties with increasing $P_{H_2O}$ was not observed for the films deposited with introduction of 8.5% $H_2$. When magnetic field strength of the cathode increased from 250G to 1000G, crystallinity and electrical properties of GZO films improved remarkably about all the $P_{H_2O}$. This result could be attributed to the decrease in film damage caused by the decrease in plasma impedance.

마그네트론 스퍼터링에 의해 제작한 Gallium-doped ZnO 박막에 있어서 잔류 H2O 분압의 영향

Ga을 치환 고용시킨 ZnO(GZO) 박막을 GZO 세라믹 타켓을 사용하여 직류 마그네트론 스퍼터법에 의해 기판온도(RT, 400${\circ}C$), 잔류 $H_2O$ 분압(PH2O; 1.61${\times}10^{-4}∼2.2{\times}10^{-3}$ Pa), $H_2$ 가스 첨가(8.5%), 캐소드의 자장강도(250, 1000G)등의 다양한 조건하에서 제작했다. 기판 가열 없이 100% Ar를 사용한 경우, $P_{H_2O}$가 1.61${\times}10^{-4}$ Pa에서 2.2${\times}10^{-3}$ Pa로 증가 했을 때, 박막의 결정립 크기는 24 nm에서 3 nm로 감소했으며, 비저항은 3.0${\times}10^{-3}$에서 3.1${\times}10^{-2}{\Omega}㎝$ 로 크게 증가함을 보였다. 그러나, 8.5% $H_2$를 Ar 가스에 혼합하여 제막한 결과, GZO 박막의 전기적 특성은 $P_{H_2O}$의 증가에도 불구하고 변화 없이 나타났다. 또한 캐소드의 자장강도를 250G에서 1000G로 증가시킨 경우, GZO 박막의 결정성 및 전기적 특성은 $P_{H_2O}$와 상관없이 크게 향상되었으며, 이것은 플라즈마 임피던스의 감소에 따른 박막 손상의 감소에 기인한다고 생각된다.