• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.283.2-283.2
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• 2016

최근 ZnO는 무독성, 저가격, 수소 플라즈마에 대한 내구성 및 열적 안정성 등의 활발히 연구되고 있으며, III족 원소(Al, Ga, In) 불순물을 도핑하여 전기적 성질의 열적 불안정성을 해결하고 전기적 성질을 향상 시키고 또한 밴드갭 에너지가 3.3 eV 이상으로 증가하여 가시광선 영역에서 광투과율이 높은 투명도 전성 재료를 제공할 수 있다. 본 연구에서는 RF Magnetron Sputtering을 이용하여 내열성과 광학적 측면에서 우수한 성능을 가지는 PES 기판에 표면 에너지를 높이고 치밀한 구조의 박막을 증착하기 위해서 $O_2$ 플라즈마 처리를 하여 ZnO계 투명 전도막을 제작함으로써 투명전극에서 요구하는 $10^{-3}{\Omega}{\cdot}cm$ 이하의 낮은 비저항과 80% 이상의 광투과율을 가지는 방안에 대하여 연구하였다. PES 기판 위에 고밀도 $O_2$ 플라즈마를 이용하여 전 처리를 실시한 후 4인치의 Al-doped ZnO(ZnO 98 wt% : $Al_2O_3$ 2 wt%), AZO의 타겟을 이용하여 상온에서 RF Magnetron Sputtering 법으로 AZO 박막을 증착하였다. PES 기판상의 AZO 박막 두께가(100~400nm) 증가함에 따라 캐리어 농도와 홀 이동도가 점차 증가하는 경향을 보였다. 이는 박막 두께가 증가할수록 면저항과 비저항은 감소하며 결정립 크기가 커지고 결정입계에서 산란이 줄어들기 때문에 전기적 특성이 개선된 것으로 판단된다. 고밀도 $O_2$ 플라즈마 표면처리 시간이 증가함에 따라 플라스틱 기판의 결합에너지와 부착력이 증가하여 AZO 박막의 결정립 크기를 증가시키며, 접촉각은 감소하였다. 또한 급속열처리 온도가 증가함에 따라 전기적 특성과 광학적 특성이 향상됨을 확인할 수 있었다. 제작된 AZO 박막은 급속열처리 시간 10분에서 온도 $200^{\circ}C$일 때, 캐리어 농도 $2.32{\times}10^{21}cm^{-3}$, 홀 이동도 $4.3cm^{-2}/V$로 가장 높은 것을 확인할 수 있었고, 가장 낮은 비저항 $1.07{\times}10^{-3}{\Omega}{\cdot}cm$과 가시광 영역(300 nm ~ 1100 nm)에서의 AZO 박막의 광 투과율은 약 86%를 얻을 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.100-100
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• 1999

가시광선 영역에서 높은 광학적 투과성과 함께 우수한 전기 전도성을 갖는 ITO 박막은 디스플레이 소자나 투명전극재료 등 다양한 분야에서 응용성이 더욱 증대되고 있다. 증착기판으로서 유리를 사용할 때 생기는 활용범위 제한을 극복하고자 최근 유기물 위에 증착이 가능한 저온 증착방법에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 그 가운데 이온빔과 같은 energetic한 beam을 이용한 박막의 제조는 기판을 플라즈마 발생지역으로부터 분리시켜 이온빔의 flux 및 에너지, 입사각 등의 자유로운 조절을 통해 상온에서도 우수한 성질의 박막 형성 가능성이 제시되어 왔다. 본 연구에서는 ion beam assisted evaporation방법을 이용하여 ITO 박막을 성장시켰으며, ion-surface interaction 효과가 박막 성장주에 미치는 영향을 이해하기 위하여 먼저 반응성 산소 이온빔에 비 반응성 아르곤 이온빔을 다양하게 변화시켜가며 증착하였으며, 이와 더불어 산소 분위기에서 아르곤 이온빔에 의한 ITO 박막의 특성 변화를 각각 관찰하였다. 증착전 후의 열처리 없이 상온에서 비저항이 ~10-4$\Omega$cm 이하로 낮고 80% 이상의 투과율을 갖는 ITO 박막을 성장시켰다. 실험에서 이용된 e-beam evaporation 물질은 In2O3-SnO2(1-wt%)였으며, 이온빔 source는 산소에 의한 filament의 산화를 막기 위해 filament cathodes type이 아닌 rf(radio-frequency)를 사용하였다. 중요 증착변수인 이온빔의 flux 변화는 산소와 Ar의 flow rate를 MFC로 조절하고 rf power를 변화시켜 얻었으며, 이온빔 에너지는 가속 grid의 가속전압 변화와 ion gun과 기판사이의 거리 조절을 통해 최적화하였다. 이온빔의 에너지와 flux는 Faraday cup으로 측정하였으며, 성박된 박막의 특성은 UV-spectrometer, 4-point probe, Hall measurement. $\alpha$-step, XRD, XPS 등을 이용하여 광학적, 전기적, 구조적 특성을 분석하였다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.18 no.1
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• pp.30-36
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• 2009

The effects of $HfO_2$ film thickness on electrical, optical, and structural properties were investigated. We fabricated ITO/$HfO_2$/ITO metal-insulator- metal (MIM) capacitor using transparent conducting oxide. When $HfO_2$ film thickness increase from 50 nm to 300 nm, dielectric constant of $HfO_2$ was decreased from 20.87 to 9.72. The transparent capacitor shows an overall high performance, such as a dielectric constant about 21 by measuring the ITO/$HfO_2$/ITO capacitor structures and a low leakage current of $2.75{\times}10^{-12}\;A/cm^2$ at +5 V. Transmittance above 80% was observed in visible region.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.227-227
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• 2012

본 연구에서는 RF스퍼터링법에 의하여 glass substrate에 In-Zn-Sn-O (IZTO)를 Zn 성분에 변화를 주면서 $350{\AA}$ 만큼 증착시키고, 1시간 동안 $350^{\circ}C$로 열처리 하였다. In:Zn:Sn의 성분 비율은 20:48:32 (IZTO1), 13:60:27 (IZTO2)이다. 박막의 전자적, 광학적 특성은 XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy), REELS(Reflection Electron Energy Loss Spectroscopy), UV-Spectrometer를 이용하여 연구하였고, 박막의 전기적 특성은 van der Pauw 법을 이용하여 측정하였다. XPS측정결과, IZTO박막은 In-O, Sn-O and Zn-O의 결합을 가진다. REELS를 이용해 Ep=1,500 eV에서의 밴드갭을 얻어보면, $350^{\circ}C$로 열처리 한 박막은 열처리를 하지 않은 것에 비해 밴드갭이 IZTO1는 3.36 eV에서 3.54 eV로, IZTO2는 3.15 eV에서 3.31 eV로 증가하였다. 반면에 Zn 함량이 증가할수록 밴드갭이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 이 값은 UV-Spectrometer를 이용한 광학적 밴드갭과 일치하였다. 또한 van der Pauw method를 이용한 전기적 특성 분석 결과, 열처리를 하기 전에 비하여 carrier concentration이 IZTO1는 $-4.4822{\times}10^{18}cm^{-3}$에서 $-2.714{\times}10^{19}cm^{-3}$로, IZTO2는 $-3.6931{\times}10^{17}cm^{-3}$에서 $-1.7679{\times}10^{19}cm^{-3}$로 증가하였다. 반면에 Resistivity는 IZTO1의 경우 $1.7122{\times}10^{-1}{\Omega}{\cdot}cm$에서 $5.5496{\times}10^{-3}{\Omega}{\cdot}cm$로, IZTO2는 $1.3290 {\Omega}{\cdot}cm$에서 $1.3395{\times}10^{-2}{\Omega}{\cdot}cm$로 감소하였다. 그리고 UV-Spectrometer를 이용한 광학적 특성을 측정해본 결과, 가시광선영역인 380~780 nm에서의 투과율이 83%이상으로 투명전자소자로의 응용이 가능하다는 것을 보여주었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.299-299
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• 2012

투명전도산화물 박막은 디스플레이, 태양전지, 압전소자 등 다양한 응용분야에 많이 이용되고 있는 소재이다. 그 중에서 현재 산업에서 활용 빈도가 높은 투명전도막의 재료는 ITO를 기반으로 하는 물질이다. 하지만 인듐의 높은 생산단가와 플라즈마 노출시 열화로 인한 문제점 때문에 기존의 ITO를 대체하기 위한 새로운 재료에 관심이 증대되고 있다. 본 연구에서는 대표적인 ITO 대체 물질 중의 하나인 ZnO 박막에 대해서 증착환경변화에 따른 물성변화를 조사하였다. 먼저 대기중에서 안정화된 ZnO 박막을 얻기 위해서 인(P) 2% 첨가된 ZnO 세라믹을 고상반응법으로 제작하고, 펄스레이저 증착법을 이용하여 Al2O3(0001)기판에 산소분압을 30~150 mTorr로 변화를 주어 P-ZnO 박막을 제작하였다. 이 때 증착온도는 $400^{\circ}C$로 고정하였다. X선 회절 결과로부터 산소분압에 상관없이 ZnO (002)방향으로 증착되었다. 하지만 결정립의 크기는 산소분압이 증가하면서 줄어들고, ZnO (002)피크로부터 얻어진 격자상수(c-축)는 벌크 값에 가까워짐을 알 수 있었다. 하지만 P첨가로 인해서 박막의 격자상수는 순수한 ZnO 벌크 값 보다 큰 것으로 알 수 있다. 산소분압 변화에 따른 P-ZnO 박막의 산화 상태는 X-선 광전자 분광기를 이용하여 측정하였다. 그 결과 산소 core-level의 스펙트럼은 자연산화, 산소 vacancy, Zn-O 결합으로 구성되어짐을 알 수 있었다. 산소분압이 증가하면 Zn-O 결합은 증가하지만 산소 vacancy는 감소함을 알 수 있었다. 전기적 특성 결과 P-ZnO 박막은 30 mTorr에서는 n형 반도체 특성, 100 mtorr에서 p형 반도체의 특성이 나타내었고, 산소분압이 증가하면 다시 n형 반도체 특성을 나타냄을 알 수 있었다. 광학적 특성 결과 P-ZnO 박막은 산소분압에 상관없이 가시광선 영역에서 80%이상의 투과율을 나타내었으며, 산소분압이 증가할수록 에너지 갭이 증가하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.110-110
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• 2010

현재 박막 트랜지스터는 비정질 실리콘 기반의 개발이 주를 이루고 있으며, 이 비정질 실리콘은 성막공정이 간단하고 대면적에 용이하지만 전기적인 특성이 우수하지 않기 때문에 디스플레이의 적용에 어려움을 겪고 있다. 이에 따라 poly-Si을 이용한 박막 트랜지스터의 연구가 진행되고 있는데, 이는 공정온도가 높고, 대면적에의 응용이 어렵다. 따라서 앞으로 저온 공정이 가능하며 대면적 응용이 용이한 박막 트랜지스터의 연구가 필수적이다. 한편 최근 박막 트랜지스터의 채널층으로 사용되는 물질에는 oxide 기반의 ZnO, SnO2, In2O3 등이 주로 사용되고 있고, 보다 적합한 채널층을 찾기 위한 연구가 많이 진행되어 왔다. 최근 Hosono 연구팀에서 IGZO를 채널층으로 사용하여 high mobility, 우수한 on/off ratio의 특성을 가진 소자 제작에 성공함으로써 이를 시작으로 IGZO의 연구 또한 세계적으로 활발한 연구가 이루어지고 있다. 특히, ZnO는 wide band gap (3.37eV)을 가지고 있어 적외선 및 가시광선의 투과율이 좋고, 전기 전도성과 플라즈마에 대한 내구성이 우수하며, 낮은 온도에서도 성막이 가능하다는 특징을 가지고 있다. 그러나 intrinsic ZnO 박막은 bias stress 같은 외부 환경이 변했을 경우 전기적인 성질의 변화를 가져올 뿐만 아니라 고온에서의 공정이 불안정하다는 요인을 가지고 있다. ZnO의 전기적인 특성을 개선하기 위해 본 연구에서는 hafnium을 doping한 ZnO을 channel layer로 소자를 제작하고 전기적 특성을 평가하였다. 이를 위해 DC magnetron sputtering을 이용하여 ZnO 기반의 박막 트랜지스터를 제작하였다. Staggered bottom gate 구조로 ITO 물질을 전극으로 사용하였으며, 제작된 소자는 semiconductor analyzer를 이용하여 출력특성과 전이 특성을 평가하였으며, ZnO channel layer 증착시 hafnium이 도핑 되는 양을 조절하여 소자를 제작한 후 intrinsic ZnO의 소자 특성과 비교 분석하였다. 그 결과 hafnium을 doping 시킨 소자의 field effect mobility가 $6.42cm^2/Vs$에서 $3.59cm^2/Vs$로 낮아졌지만, subthreshold swing 측면에서는 1.464V/decade에서 0.581V/decade로 intrinsic ZnO 보다 좋은 특성을 나타냄을 알 수 있었다. 그리고 intrinsic ZnO의 경우 외부환경에 대한 안정성 문제가 대두되고 있는데, hafnium을 도핑한 ZnO의 경우 temperature, bias temperature stability, 경시변화 등의 다양한 조건에서의 안정성이 확보된다면 intrinsic ZnO 박막트랜지스터의 문제점을 해결할 수 있는 물질로 될 것이라고 기대된다.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.21 no.4
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• pp.158-163
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• 2011

$CuInS_2$ thin films were prepared using a sol-gel spin-coating method. That makes large scale substrate coating, simple equipment, easy composition control available. The structural and optical properties of $CuInS_2$ thin films that include less toxic materials (S) instead of Se, tetragonal chalcopyrite structure. Copper acetate monohydrate ($Cu(CH_3COO)_2{\cdot}H2O$) and indium acetate ($In(CH_3COO)_3$) were dissolved into 2-propanol and l-propanol, respectively. The two solutions were mixed into a starting solution. The solution was dropped onto glass substrate, rotated at 3000 rpm, and dried at $300^{\circ}C$ for Cu-In as-grown films. The as-grown films were sulfurized inside a graphite container box and chalcopyrite phase of $CuInS_2$ was observed. To determine the optical properties measured optical transmittance of visible light region (380~770 nm) were less than 30 % in the overall. The XRD pattern shows that main peak was observed at Cu/In ratio 1.0 and its orientation was (112). As annealing temperature increases, the intensity of (112) plane increases. The unit cell constant are a = 5.5032 and c = 11.1064 $\AA$, and this was well matched with JCPDS card. The optical transmittance of visible region was below than 30 %.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.22 no.3
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• pp.127-133
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• 2012

To achieve low-cost and high-efficiency of thin-film solar cells applications, the sol-gel method that can be coated on a large area substrate, obtain homogeneous thin films of high purity was used. We studied structural and optical characteristics versus annealing temperature of $Cu_2ZnSnS_4$ which has kesterite structure by substitution low-cost sulfur (S) instead of high-cost selenium (Se). By analyzing XRD patterns, main peak was observed at $2{\theta}=28.5^{\circ}$ when Zn/Sn ratio is 0.8/1.2. And when we observed kesterite structure which has orientation of (112) direction, the more annealing temperature increase the bigger strength of (112) direction is. $Cu_2ZnSnS_4$ thin film showed characteristics of kesterite structure at $550^{\circ}C$. And when we calculated lattice constant, a = 5.5047 and $c=11.014{\AA}$ as same JCPDS (Joint Committee on Powder Standards) data measured. We measured optical transmittance to analyze optical characteristics. Optical transmittance was lower than 65 % at visible ray (${\lambda}=380{\sim}770nm$).