• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.183-183
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• 2015

Indium tin oxide (ITO)는 넓은 밴드갭을 가지는 n-type의 축퇴 반도체로 태양전지, 스마트윈도우, 터치 센서, organic light emitting displays (OLEDs) 등에 널리 적용된다. 최근 touch screen panels (TSPs)의 높은 전기적 특성 및 고해상도 요구에 따라 고품질 ITO 박막개발의 수요도 증가하는 추세이다. 지금까지 ITO 박막의 물성 및 기계적 특성에 관한 많은 연구가 진행되어 왔지만 ITO 초박막 에서의 근본적인 물성 변화에 대한 연구는 미흡한 실정이므로, 이러한 연구는 필수적이라 할 수 있다. ITO 초박막은 광학적 특성은 우수하나, 낮은 결정성으로 인해 전기적 특성이 나쁘다는 단점을 가지며, 이러한 ITO 박막의 결정성은 초기 박막 성장과정에 많은 영향을 받는다. ITO 박막의 초기성장과정은 핵이 생성된 후(nucleation), 각각의 위치에서 성장하게 되고(growth), 합쳐지면서(coalescence) 연속적인 막을 형성 하는데(continuous), 이러한 초기 박막 성장 과정 중에 핵 생성 밀도를 증가시키고 박막이 연속적으로 되는 두께를 감소시킨다면, 더욱 더 고품질의 ITO 초박막을 얻을 수 있을 것이다. 따라서, 본 연구에서는 박막 초기 형성 과정 중 섬들이 합체되는 두께를 최소화시키기 위하여 EMF(electromagnetic field strength) 시스템을 이용하였다. EMF 시스템은 DC 캐소드에 전자석 코일을 장착하여 전자기장을 추가로 부가한 것으로, 이를 이용할 경우 스퍼터 원자가 중성상태로 기판에 도달하는 것이 아니라, 이온화되어 Vp-Vf의 차이로 가속되어 추가적인 에너지를 공급받음으로써 기판표면상에서 확산을 촉진시키므로 박막이 연속적으로 되는 임계 두께를 감소시킬 수 있는 것으로 기대된다. 실험은 실온에서 DC 마그네트론 스퍼터링법을 이용하였으며, 유리기판위에 4, 6, 8, 10, 12, 20 nm의 두께로 ITO 박막을 제작하였다. 스퍼터링 파워는 150 W (3.29 W/cm3), 작업 압력은 0.13 Pa, 기판과 타깃 사이의 거리는 70 mm였다. 각각의 두께에서 EMF 파워 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30 W로 인가하여 박막을 제작한 후, EMF 파워에 따른 ITO 박막의 초기 성장 과정중 표면상태를 AFM (atomic force microscope) 이미지를 통하여 관찰하였다. 또한, 두께 약 8 nm에서와 20 nm일 때의 전기적 특성 및 광학적 특성을 관찰하였으며, 두 박막 모두 EMF 파워 15 W를 인가하였을 때 그 특성이 가장 향상되는 것을 확인하였다. 이러한 결과를 통하여 박막은 초기 성장이 중요하므로, 매우 얇은 두께에서 좋은 특성을 가진 박막을 제작하여야 박막의 두께를 증가시켰을 때도 좋은 특성의 막을 얻을 수 있음을 알 수 있었다. 또한, EMF 파워를 증가시킴에 따라 자장강도를 증가시키는 것과 같은 효과 즉, 플라즈마 임피던스가 감소하는 효과를 내어 증착 중 고 에너지 입자 (Ar0, O-)에 의한 박막손상이 감소한 것으로 판단된다. 따라서 적정 EMF 파워 15 W를 인가하였을때 가장 물성이 좋은 ITO 박막을 얻을 수 있었다. 즉, EMF 시스템을 이용하여 저온 공정에서 결함농도가 적은 고품질의 ITO 초박막을 제작할 수 있었다.

• 센서학회지
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• 제2권1호
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• pp.101-108
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• 1993

컬러센서를 위한 $TiO_{2}$/Se : Te 이종접합을 고주파 반응성 스퍼터링법과 진공증착법을 이용하여 제작하였다. 제조된 $TiO_{2}$ 막형성의 최적조건은 $1000{\AA}$의 $TiO_{2}$ 두께에서 고주파전력 120 W, 기판온도 $100^{\circ}C$, 산소농도 50% 및 분위기압 50 mTorr였다. 이 때 광투과율은 파장 550 nm에서 85%, 저항률은 $2{\times}10^9{\Omega}{\cdot}cm$, 굴절률은 2.3이었다. 제조된 $TiO_{2}$막은 직접천이형 에너지 밴드구조를 가지며 광학적 밴드갭은 3.58 eV였다. 제조된$TiO_{2}$막을 $400^{\circ}C$에서 30분간 열처리함으로써 광투과율이 파장 $300{\sim}580$ nm범위에서 $0{\sim}25%$까지 개선되었다. 또한 화학양론적 조성비를 조사하기 위하여 AES 분석을 한 결과 Ti 및 0의 조성비는 1 : 1.7로 나타났다. 한편 Se : Te 막형성의 최적조건은 $190^{\circ}C$에서 1분간 열처리했을 때였다. 이러한 조건으로 제조된 Se : Te막의 광학적 밴드갭은 1.7 eV였으며 육방정계구조의 (100) 방향 및 (110) 방향으로 Se : Te 막이 결정화됨을 알 수 있었다. 1000 lux의 조도에서 Se : Te막의 광전변환률은 0.75였다. 또한 Se에 Te를 첨가함으로써 장파장영역의 분광감도가 향상되었다. $TiO_{2}$/Se : Te 이종접합의 분광감도는 가시광 전영역에서 비교적 넓은 분광감도를 나타내었으며, 특히 청색영역에서 a-Si박막보다 우수한 분광감도를 나타내었다.

• 한국진공학회지
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• 제16권2호
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• pp.105-109
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• 2007

본 논문에서는 AZO 박막 두께 변화에 따른 구조적, 전기적, 광학적 특성의 영향에 대하여 연구하기 위하여 폴리카보네이트(PC : polycarbonate) 기판 위에 DC 스퍼터링법으로 증착시간을 변화시켜 박막의 두께를 조절하였다. 박막의 두께는 100 nm에서 500 nm까지 100 nm단위로 실험하였으며, 제작된 AZO 박막의 비저항 특성은 four point probe system를 이용하여 측정하였고, 박막의 입자크기, 표면상태를 Environment Secondary Electron Microscopy (ESEM)으로 관찰하였다. 또한 AZO 박막의 결정상태를 조사하기 위하여 High Resolution X-Ray Diffractometer (HR-XRD)를 이용하였고 광학적 투과도는 UV-visible spectrophotometer를 이용하여 분석하였다. 실험 결과 모든 박막에서 90% 이상의 광투과도를 보였으며 400 nm과 500 nm 두께의 AZO 박막에서는 $4.5{\times}10^{-3}\;{\Omega}-cm$의 비저항과 3.61 eV의 광밴드갭 에너지를 보였다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제15권7호
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• pp.1559-1563
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• 2011

본 연구에서는 고주파 마그네트론 스퍼터링 (RF magnetron sputtering) 법으로 기판 온도 ($50{\sim}200^{\circ}C$)에 따른 GZO(Ga : 5 wt%) 박막을 PES (polyethersulfon) 플라스틱 기판위에 제작하여, 광학적 및 전기적 특성을 조사하였다. XRD 측정을 통해 공정 조건에 관계없이 모든 GZO 박막이 c축으로 우선 성장함을 확인할 수 있었다. 박막의 표면을 AFM 으로 조사한 결과, 표면 거칠기 값은 기판 온도 $200^{\circ}C$ 에서 제작한 박막에서 가장 낮은 값 (0.196 nm) 을 나타내었다. 투과도 측정 결과, GZO 박막은 약 80% 이상의 투과율을 보였고, 기판 온도가 증가할수록 에너지 밴드 갭이 증가하는 Burstein-Moss 효과를 관찰할 수 있었다. Hall 측정 결과, 기판 온도 $200^{\circ}C$에서 제작한 GZO 박막에서 가장 낮은 비저항 $6.93{\times}10-4\;{\Omega}{\cdot}cm$ 값과 가장 높은 캐리어 농도 $7.04{\times}1020/cm^3$ 값을 나타내었다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제16권3호
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• pp.558-564
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• 2012

Sol-gel 법으로 Eagle 2000 유리 기판 위에 Ga 도핑 농도와 열처리 온도에 따른 GZO 박막을 제작하여, 전기적 및 광학적 특성을 조사하였다. 1 mol% Ga 이 도핑되고 $600^{\circ}C$에서 열처리한 GZO 박막에서 가장 우수한 (002) 배향성이 관찰되었다. Hall 측정 결과, Ga 도핑 농도가 증가함에 따라 segregation 효과로 인한 캐리어 농도의 감소와 비저항 값의 증가가 관찰되었다. 1 mol% Ga 이 도핑되고 $600^{\circ}C$에서 열처리한 GZO 박막에서 가장 큰 캐리어 농도($9.13{\times}10^{18}cm^{-3}$)와 가장 낮은 비저항 ($0.87{\Omega}cm$) 값을 나타내었다. 모든 박막은 가시광 영역에서 약 80 % 이상의 투과율을 보였으며, Ga 농도가 1 에서 4 mol% 로 증가함에 따라 에너지 밴드 갭이 좁아지는 Burstein-Moss 효과가 관찰되었다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제44권5호
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• pp.15-20
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• 2007

펄스 레이저 증착법을 이용하여 ZnO 박막을 quartz 기판 위에 증착하였으며, 기판 온도에 따른 박막의 구조적 및 광학적 특성을 조사하였다. 기판 온도 변화에 관계없이 모든 박막이 (002) 방향으로 성장하였으며, 400 $^{\circ}C$ 에서 반가폭은 0.24$^{\circ}$로 가장 우수한 결정성을 갖는 박막이 제작되었다. 또, 박막의 발광 특성을 조사한 결과, 모든 박막에서 UV 발광 피크와 deep-level 발광 피크가 관찰되었으며, 기판 온도에 따른 발광 피크의 변화가 관찰되었다. 가장 우수한 UV 발광 특성은 400 $^{\circ}C$ 에서 관찰되었으며, 반가폭은 14 nm 였다. 기판 온도에 무관하게 가시광 영역에서 약 85 % 정도의 투과도를 나타내었다. 투과도 측정을 통하여 얻은 광학 밴드갭 에너지와 UV 발광 중심 값을 비교한 결과, 두가지 결과 값들이 서로 유사한 값을 나타냈다. 이로부터 UV 발광 중심 값이 ZnO 의 near band edge emission 을 나타낸다는 사실을 알 수 있었다.

• 한국광학회지
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• 제16권2호
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• pp.168-173
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• 2005

고주파 마그네트론 동시 스퍼터링법을 이용하여 $TiO_2$ 박막에 Ag를 도핑한 $Ag/TiO_2$ 박막을 제작하고, 열처리 온도에 따른 박막의 물리적, 화학적 특성을 조사하였다. XRD 측정 결과로부터 금속을 도핑한 박막이 순수 $TiO_2$ 박막보다 결정크기가 더 작은 것을 확인하였으며, SEM 측정 결과로부터 $Ag/TiO_2$ 박막은 순수 $TiO_2$ 박막보다 골자의 크기가 작고 균일하다는 것을 알 수 있었다. 제작된 박막은 가시광선 영역에서 높은 투과율을 나타내었다. $600^{\circ}C$에서 열처리한 박막은 아나타제 결정상이 나타났으며, $900^{\circ}C$에서 열처리한 박막은 아나타제와 루타일상이 혼합되어 나타났다 특히, $900^{\circ}C$에서 열처리한 경우 아나타제에서 루타일로의 상전이에 따른 밴드갭 에너지의 변화에 의해 박막의 흡수단이 장파장 영역으로 이동하였다. 또한 박막 내의 흡수와 산란효과에 의해 투과율이 감소하였다. $Ag/TiO_2$ 박막의 광활성은 순수 $TiO_2$ 박막보다 우수함을 알 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.423-423
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• 2013

3~5 족 반도체 물질인 phosphorus 화합물 중 대표적인 InAlP 삼종화합물은 작은 굴절률, 큰 밴드갭, GaAs와 lattice 일치 때문에 큰 주목을 받고 있고, p-type high electron mobility transistors(p-HEMT), laser diodes 등의 고속 전자소자 및 광전 소자에 응용이 가능한 매우 중요한 물질이다. 최적의 소자 응용기술을 위해서는, 정확한 광물성 연구가 수행되어야 하지만 InxAl1-xP 화합물에 대한 유전율 함수 및 전자전이점 등의 연구는 미흡한 실정이다. 이에 본 연구에서는 1.5~6.0 eV 에너지 영역에서 각기 다른 In 조성비를 갖는 InxAl1-xP 화합물의 가유전율 함수 ${\varepsilon}={\varepsilon}_1+i{\varepsilon}_2$와 전자전이점 데이터를 보고한다. GaAs 기판 위에 molecular beam epitaxy (MBE)를 이용하여 InxAl1-xP (x=0.000, 0.186, 0.310, 0.475, 0.715, 0.831, 1.000) 박막을 성장하였고 타원편광분석기를 이용하여 유전율 함수를 측정하였다. 또한 실시간 화학적 에칭을 통하여 시료 표면에 자연산화막을 제거함으로써 순수한 InAlP의 유전율 함수를 측정할 수 있었고, 측정된 유전율 함수를 이차미분하여 In 조성비에 따른 전자전이점을 얻을 수 있었다. 얻어진 전자전이점 값을 이용하여 linear augmented Slater-type orbital method (LASTO) 를 통해 이론적 전자 밴드 구조 계산을 하였고, 이를 바탕으로 $E_0$, $E_1$, $E_2$ 전이점 지역의 여러 전자전이점($E_1$, $E_1+{\Delta}_1$, $E_0'$, $E_0'+{\Delta}_0'$, $E_2$, $E_2'$)의 특성을 정의할 수 있었고, $E_0'$과 $E_2$ 전이점의 에너지 값이 In 조성비가 증가함에 따라 서로 교차함을 발견할 수 있었다. 타원 편광 분석법을 이용한 유전율 함수 및 전자전이점 연구는 InAlP의 광학적 데이터베이스를 확보하는 성과와 더불어 새로운 디바이스 기술 및 광통신 산업에도 유용한 정보가 될 것이다.

• 전자공학회논문지
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• 제51권6호
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• pp.71-77
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• 2014

본 연구에서는 radio frequency(rf) 마그네트론 스퍼터링 기술을 이용하여 Corning 유리 기판에 증착된 InGaZnO (IGZO) 박막의 광 투과도 특성에 고 에너지 전자빔 조사(high-energy electron beam irradiation (HEEBI))이 미치는 영향을 연구하였다. 저온에서 증착된 IGZO 박막은 공기 중 과 상온 조건에서 0.8 MeV의 전자빔 에너지와 $1{\times}10^{14}-1{\times}10^{16}electrons/cm^2$ dose를 사용하여 HEEBI 처리 되었다. IGZO 박막의 광 투과도는 utraviolet visible near-infrared spectrophotometer (UVVIS)로 측정되었다. HEEBI 처리 된 IGZO/유리 이중층의 총 광 투과도에서 HEEBI 처리된 IGZO 단일막 만의 광 투과도를 분리하는 방법을 상세히 연구하였다. 실험 결과로부터 $1{\times}10^{14}electrons/cm^2$의 적절한 dose로 처리된 HEEBI가 IGZO 박막의 투명도를 극대화시킴을 알 수 있었다. 또한 이렇게 적절한 dose로 처리된 HEEBI가 광학 밴드갭($E_g$)을 3.38 eV에서 3.31 eV로 감소시킴을 알 수 있었다. 이러한 $E_g$의 감소는 적절한 dose로 공기 중 상온에서 처리된 HEEBI가 진공 중 고온에서 처리된 열적 annealing 효과와 유사함을 제시하고 있다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.298-299
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• 2012

현재 반도체 나노구조는 단전자 트랜지스터, 레이저, LED, 적외선 검출기 등과 같은 고효율 광전자 소자에서의 응용을 위해 활발한 연구가 진행 되고 있다. 이러한 응용 분야를 위한 다양한 종류의 나노구조 성장이 광범위하게 시도 되고 있지만 주로 III-V 족 화합물 반도체에 대한 연구가 주를 이룬 반면 II-VI 족 화합물 반도체에 대한 연구는 아직 미흡하다. 하지만 II-VI 족 화합물 반도체는 III-V 족 화합물 반도체와 비교했을 때 더 큰 엑시톤 결합에너지(exciton binding energy)를 가지는 우수한 특성을 보이고 있으며 이러한 성질을 가지는 II-VI 족 화합물 반도체 중에서도 넓은 에너지 갭을 가지는 CdTe 양자점은 녹색 영역대의 광전자 소자로서 활용되고 있다. 본 연구에서는 분자 선속 에피 성장법(molecular beam epitaxy; MBE)과 원자 층 교대 성장법(atomic layer epitaxy; ALE)으로 CdTe 두께에 따른CdTe/ZnTe 나노구조의 광학적 특성을 연구하였다. 광루미네센스(photoluminescence; PL)를 통해 CdTe/ZnTe 나노구조에서 CdTe 두께에 따른 에너지 밴드와 열적 활성화 에너지를 관찰하였다. 또한 시분해 광루미네센스(Time-resolved PL)를 통해 CdTe 두께에 따른 CdTe/ZnTe 나노구조의 운반자 동역학을 조사하였다. 저온 광루미네센스 측정 결과 CdTe 두께가 증가할수록 각 샘플의 피크는 더 낮은 에너지 영역대로 이동하는 것을 관찰할 수 있다. 1.2 에서 2.0 ML로 증가할 때 광 루미네센스의 작은 적색편이를 관찰할 수 있는데, 이는 CdTe 양자우물에서 양자점으로의 구조적인 전이가 일어남에 따라 구속효과가 증가하였기 때문이다. 또한 2.0 에서 3.6 ML까지 CdTe 두께가 증가할 때 측정된 적색편이 현상은 양자점의 사이즈 증가함에 따른 것이다. 마지막으로 3.6 에서 4.4 ML로 CdTe 두께가 증가할 때 큰 적색편이 현상을 볼 수 있는데 이는 CdTe 양자점에서 양자세선으로의 구조적 전이에 따라 구속효과가 증가하였기 때문이다. 온도 의존 광루미네센스(Temperature-dependent PL) 측정 결과 1.2 와 3.0 ML 두께의 CdTe/ZnTe 나노구조에서 구속된 전자의 열적 활성화 에너지가 18 과 35 meV로 관찰되었다. 3.0 ML CdTe/ZnTe 나노구조에서 가장 큰 열적 활성화 에너지를 갖는 것은 양자점의 균일도가 좋아지고 저차원 나노구조로의 구조적 전이가 일어나면서 운반자 구속효과에 다른 쿨롱 상호작용이 증가하였기 때문이다.