• Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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• v.45 no.3
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• pp.6-21
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• 2008

We have investigated the effect of the forward and reverse ESD pulse accumulation on the development of the oxide VCSEL's electrical and optical characteristics. The forward ESD-induced degradation is complicated, showing three degradation phases with increasing ESD voltage while the reverse ESD-induced degradation is divided by a sudden distinctive change in elecorl-optical characteristics. By comparing the measured L-I-V characteristics and their derivatives with the fitted characteristics using an equivalent circuit model as well as the large signal circuit model, the development of the oxide VCSEL's electro-optical characteristics under forward and reverse ESD conditions has been fully understood.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.249-249
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• 2011

투명전도성산화물(transparent conducting oxides, TCOs) 박막은 전기 전도성과 광투과성이 우수하여 유기발광다이오드(organic light-emitting diode, OLED), 태양전지(solar cell), 발광다이오드(LED) 등의 광전자 소자에 널리 응용되고 있다. 특히 LED에서 p-GaN층에서 전류가 층안에서 충분하게 확산되지 않기 때문에, TCO는 균일하게 전류를 흘려보내기 위해서 전류확산층(current spreading layer)으로 사용된다. 그 중 널리 쓰이는 산화인듐주석(indium tin oxide, ITO)은 고가의 indium가격과 인체에 유해한 독성 등이 문제점으로 지적되고 있다. 따라서 indium의 함량을 저감하거나 함유하지 않은 새로운 조성의 친환경적 대체 TCO 개발에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 이러한 반도체 재료 중 하나인 AZO (Al-doped zinc oxide, Al2O3 : 2wt.%)는 3.3 eV의 넓은 에너지 밴드갭을 가지며, 가시광선 및 근적외선 파장영역에서 높은 투과율을 나타낸다. 따라서 본 연구에서는 GaN기반 LED 응용을 위한 전류확산층으로 ITO 대신 AZO의 특성을 연구하였다. 박막 증착율이 높고, 제작과정의 조정이 용이한 RF magnetron 스퍼터를 이용하여 glass기판 위에 AZO, Ni/AZO, NiOx/AZO를 증착하였다. 이어서 $N_2$ 분위기에서 다양한 온도 조건에서 열처리(rapid thermal annealing, RTA)하여 전기적 광학적 특성에 대하여 비교 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.231-231
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• 2011

본 연구에서는 co-sputtering 시스템을 이용하여 아나타세 TiO2의 도핑 농도 변화에 따른 다성분계 TiO2-ITO (TITO) 박막의 전기적, 광학적, 구조적 특성 변화 및 급속 열처리(RTA) 공정에 따른 전기적, 광학적 특성 변화를 분석하였다. 실험을 위해 아나타세 TiO2 타겟과 ITO 타겟(10 wt% $SnO_2$ doped $In_2O_3$)이 tilted cathode에 장착되었으며, ITO 타겟의 인가전류를 120 W로 고정한 채 아나타세 TiO2 타겟의 인가전류를 증가시킴으로써 도핑 농도를 변화하였다. 제작된 TITO 투명 전극의 전기적, 광학적, 구조적 특성 평가를 위해 four-point probe measurement, Hall effect measurement, UV/Vis. spectrometry, scanning electron microscopy (SEM) 이용하여 각각의 특성을 분석하였다. 상온에서 제작된 TITO의 경우 최적화된 $TiO_2$ 인가전류 100W에서 460.8 ohm/sq. 의 전기적 특성과 가시광선 영역 400~550 nm에서 85% 이상의 광학적 투과율을 확보할 수 있었다. 뿐만 아니라 상온에서 최적화된 TITO 투명 전극의 급속 열처리 시 600$^{\circ}C$ 급속 열처리 조건에서 매우 낮은 25.94 ohm/sq.면저항, $5.1{\times}10^{-4}$ ohm-cm 비저항과 81% 투과율을 확보할 수 있었다. 아나타세 $TiO_2$가 도핑된 TITO 투명 전극의 급속 열처리 공정에도 불구하고 매우 평탄한 표면을 나타냄을 SEM 이미지를 통하여 확인할 수 있었다. 이러한 TITO 투명 전극의 우수한 전기적, 광학적, 구조적 특성은 indium saving 투명 전극으로써 고가 ITO 박막의 대치가능성을 나타낸다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.120-120
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• 2010

최근 투명전도성 산화물(Transparent Conductive Oxide, TCO) 박막은 액정 표시소자(LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP), 압전소자 및 태양전지의 투명소자로 사용되어지고 있다. 현재 가장 널리 사용되어지고 있는 투명전극물질인 인듐주석산화물(indium tin oxide, ITO)은 낮은 비저항과 높은 투과율을 가지고 있지만, 높은 원자재의 가격 및 수소플라즈마 처리시 In과 Sn이 환원되어 전기적, 광학적으로 불안정한 문제점들이 지적되고 있다. 이러한 문제점들을 해결하기 위해 최근 적외선 및 가시광선 영역에서 높은 투과도 및 전기 전도성과 수소플라즈마에 대한 화학적 안정성을 갖는 ZnO를 기반으로 3족 원소를 첨가한 새로운 투명 전도막에 대한 연구가 활발하다. 본 연구에서는 RF-Magnetron Sputtering법을 이용하여 $Ga_2O_3$ 혼합비에 따라 제작된 ZnO(GZO) 박막들의 전기적, 광학적, 구조적인 특성들을 분석하였다. 측정결과, $Ga_2O_3$의 첨가량이 7 wt.%인 GZO 박막이 가시광선영역에서 80%이상의 높은 투과율과 $50.5\;\Omega/\Box$의 가장 낮은 면저항을 나타내었다. 이는 Ga원소가 다른 3족 원소와 격자결합을 비교할 때, 이온의 크기가 Zn원소와 비슷하여 최적화된 혼합율을 가지는 경우 격자결합을 최소화시켜 캐리어 밀도의 증가로 인해 높은 전도성을 가지며, 고온에서도 전기적 특성 및 내구성이 향상되기 때문이다. 또한 기판온도에 따른 열처리 특성으로서 기판의 온도를 $100^{\circ}{\sim}400^{\circ}C$까지 변화를 주어 실험하였다. X-선 회절패턴 분석결과 기판온도가 증가함에 따라 ZnO (002) 방향이 감소하는 반면 ZnO(103) 방향이 증가하였으며, 기판온도가 $300^{\circ}C$ 일 때 $17.1\;\Omega/\Box$의로 가장 낮은 면저항이 나타났다. 이는 SEM 이미지를 분석한 결과, 실온에서 제작된 박막과 비교해 300 에서 증착된 GZO 박막이 결정립의 크기가 크고 밀도도 조밀해져 전하의 이동도가 향상되었기 때문이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.208-208
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• 2010

본 연구에서는 투명전도성산화막으로 적용 가능한 Ga이 도핑된 ZnO(GZO)의 성장 및 후처리 과정에 따른 구조적, 전기적, 광학적 특성을 관찰하였다. GZO 박막은 상온과 $200^{\circ}C$, 50~250 mTorr (50 mTorr 단계)에서 RF 마그네트론 스퍼터법으로 증착하였다. 이와 같은 조건에서 성장 된 박막의 특성을 분석하여 최적의 온도 및 작업압력에서 RF power를 변화시켜 박막을 성장한 후 질소 및 수소를 이용한 후처리 공정을 통하여 GZO 박막을 제작, 각 조건에 따른 구조적, 전기적 및 광학적 특성 변화를 조사하였다. XRD 측정에서, 열처리 전 시료에서는 GZO (002) 상의 Bragg-Angle 위치가 호스트 물질 ZnO의 기준위치보다 낮은 각도 쪽에서 나타났으며, 이는 Ga이 Zn와 치환되지 못하고 격자 내에 침입형태로 존재함에 따른 것으로 판단된다. 열처리 이후 전반적으로 분위기 가스의 종류에 관계없이 결정성, 광투과율 및 전기적 특성이 향상되는 것이 관측되었다. 질소 분위기에서 열처리된 GZO 박막의 경우, 전반적으로 박막 증착 시 초기 작업압력의 증가에 따라 비저항이 증가하는 현상이 관측되었다. 반면, 수소 분위기에서 열처리된 박막에서는 박막 증착 초기 작업 압력이 증가함에 따라 비저항이 감소하는 경향이 관측되었다. 이러한 결과는 XPS(X-Ray Photoelectron Spectroscopy)로 분석한 결과, 질소 분위기에서 열처리된 GZO 박막은 O-H 결합이 Zn-O 결합에 비해 과도하지 않은 반면, 수소화 처리된 GZO 박막에서 Zn-O 결합에 비해 과도한 O-H 결합이 존재하기 때문으로 관측되었다. 그러한 이유는 O-H 결합이 GZO 박막 내 산소 결공($V_o$)과 밀접한 관계가 있기 때문이며, O-H 결합의 증가는 $V_o$-H 결합체의 증가를 의미하기 때문이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.496-496
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• 2013

스마트윈도우는 디스플레이, 산업용 외장재 등 다양한 분야에 응용이 가능하며, 특히 전기변색을 이용한 디바이스는 나노코팅 기술을 통한 나노입자 및 나노가공제어 등 나노융합기술을 접목할 수 있다. 전기변색 디바이스는유리 또는 필름 기판소재를 통해 제작이 가능하며, 본 연구에서는 전기변색의 산화, 환원반응에 의해 재료의 광특성이 가역적으로 변화할 수 있는 물질을 증착하여 기존 라미네이터 및 Sol-Gel방식의 전해질보다 열화현상에의한 성능저하를 막아주는 박막전해질 코팅 연구이다. 전기변색 소자는 외부 인가 전압(external voltage)에 의해 유도된 전하의 주입(injection) 과 추출(extraction)을 통하여 그 광학적 특성(optical property)을 가역적으로(reversibly) 변 화시킬 수 있는 특징을 가지고 있다. 전기변색소재의 원리를 간략하게 설명하면 대표적인 환원착색 물질인 전기변색층(WO, MoO, Nb2O5 등)으로 Li+ 또는 H+과 전자가 주입되면 전기변색되고 방출 시는 투명하게 되며, 반대로산화착색 물질인(V2O5, NiO, IrO, MnO 등)으로 Li+ 또는 H+과 전자가 방출되면 변색되고 주입되면 투명하게 되는 것이다. 본 연구에서는 전자가 주입되는 환원착색물질인 WO와 함께 Ta2O5박막을 증착하여 광학적특성을 연구하고 박막의 두께 및 전압인가에따른 변색 및 응답속도를 연구하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.10-10
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• 2010

가시광역에서 80% 이상의 높은 투과율과 전기전도성을 동시에 갖는 투명전도성 산화물(TCO) 박막은 LCD, PDP, OLED, 태양전지 등의 다양한 분야에 투명전극재료로서 사용되고 있다. 이들 TCO 박막은 Magnetron sputtering, Chemical vapor deposition, Pulse laser deposition, Ink jet등과 같은 다양한 방법으로 증착할 수 있지만, 대면적의 기판에 균일한 박막형성 및 박막과 기판의 높은 부착력등 양산성의 관점에서 우월성을 가지고 있기 때문에 생산라인에서는 DC magnetron sputtering법이 주로 사용되고 있다. 이 경우, 산화물 박막의 미세구조, 내부응력, 광학적 및 전기적 특성은 스퍼터링 과정에서 발생하는 고에너지 입자들의 기판입사 충격에 크게 의존하기 때문에 고품질의 TCO박막을 제작하기 위해서는 증착공정인자들의 제어는 매우 중요한 것으로 알려져 있다. 대표적 TCO박막재료로서 $In_2O_3$계, ZnO계 및 $SnO_2$계를 들 수 있으며, 이들 중에서 Sn을 $In_2O_3$에 치환고용시킨 ITO박막의 경우, 전기적 및 광학적 특성이 상대적으로 우수하기 때문에 실용화 TCO박막으로서 가장 널리 사용되고 있다. 한편, Flexible display의 경우, 유연성의 폴리머기판위에 증착되는 TCO박막에 대하여 요구되는 특성으로는 높은 투과율 및 낮은 비저항은 물론, 박막표면의 평활도 (낮은 표면조도), bending에 대한 높은 기계적 특성 (낮은 내부응력), 수분침투에 대한 높은 barrier특성 및 저온공정 등을 들 수 있다. 그러나 높은 전기전도도를 가지는 ITO박막을 제작하기 위해서는 $200^{\circ}C$ 이상의 증착온도가 필요하며, 이때 얻어진 다결정의 ITO박막은 높은 표면조도 및 bending시에 낮은 기계적 내구성이 문제점으로 지적되고 있다. 한편, 기판가열 없이 증착한 비정질 ITO박막은 낮은 표면조도, 높은 엣칭속도 및 양호한 식각특성을 나타내지만, 상대적으로 높은 비저항 및 기판과의 낮은 부착력 등이 지적되고 있다. 따라서 본 강연에서는 비정질 ITO박막의 결정화 온도 (약 $160^{\circ}C$) 이상에서도 비정질 구조를 유지하기 때문에 낮은 표면조도와 높은 엣칭속도를 가지면서 상대적으로 전기적 특성과 기계적 내구성이 개선된 새로운 고온형 비정질 TCO박막에 대한 최근의 연구성과를 소개하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2014.11a
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• pp.27-28
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• 2014

투명전극이란 전기 전도도를 갖는 동시에 가시광선 영역에서 빛을 투과하는 성질을 가지는 소재이다. 일반적으로 가시광선 영역(380nm~780nm)에서 80%이상의 광 투과도를 가지며, 비저항이 $10^{-3}{\Omega}{\cdot}cm$ 이하, optical band gap 이 3.3 eV 이상인 물질을 TCO(Transparent Conducting oxide)라고 한다. 현재까지 국내의 TCO 관련 연구는 터치패널, 디스플레이, 태양전지 등 광전자분야에서 가장 널리 사용되고 있는 ITO(Sn:In2O3)에 치중되어 있으며, 관련 연구도 거의 디스플레이 맞춤형 연구개발이 주류를 이루어왔다. ITO가 전기전도성이 우수하고 동시에 가시광선 영역에서의 투과율도 80%이상으로 전기적, 광학적 특성이 우수하다는 장점을 가지고 있으나, In의 희소성으로 인한 고가격, 유독성, 접착력 문제 때문에 이를 대체하기 위해 제조원가가 ITO에 비하여 월등히 저렴하고 내화학성과 내마모성이 우수하면서도, 가시광선 영역에서의 광투과율이 80%이상으로 좋다는 $SnO_2$에 관한 연구가 활발히 진행되어 왔다. 적절한 dopant를 첨가하여 $SnO_2$자체의 높은 광학적 투과도를 유지하면서 전기전도성을 더 높일수 있고, 투명전극이 가져야 할 고온 안정성을 가지고 있으며 비독성이고 수소 플라즈마에 대한 내성이 더 클 뿐만 아니라 저온에서 성장이 가능하다. $SnO_2$의 전기 전도도를 높이기 위한 Al, In, Ga, B와 같은 3족 원소가 $SnO_2$의 n형 dopant로 널리 사용되고 있다. 그 중 Al은 반응성이 커서 박막 증착 중에 산화되기 쉬운 반면, 전기적 특성 및 광학적 특성의 향상을 이룰 수 있다. 본 연구에서는 Rf Sputtering법을 사용하여 quartz기판 위에 다층박막 형태의 투명전도막을 제작한 후, 열처리를 수행, 이에 의한 다층박막 내 계면간 상호확산 현상을 이용하여 투명 전도막의 특성변화를 관찰하였다. 박막의 구조적 특성은 XRD장비를 사용하여 분석하였으며, 전기적, 광학적 특성은 각각 표면저항기, 홀 측정 장비, 그리고 UV-VIS-NI를 사용하여 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2004.11a
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• pp.594-597
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• 2004

본 연구에서는 진공 인라인 실장 기술을 이용하여 제작한 플라즈마 디스플레이 패널(PDP)의 전기적 광학적 특성을 측정하여, 일반적인 실장 방법을 이용한 PDP의 특성과 비교 분석하였다. 본 실험에 사용된 패널은 Screen Printer를 이용한 상 하부전극과 하판 유전체, 상판 투명유전체, 격벽 및 E-Beam Evaporation 방법을 이용하여 증착한 MgO 보호막으로 이루어져 있으며, 분위기 온도 $430^{\circ}C$, Ne-Xe(4%) 400[torr]압력 하에서 실장하였다. 높은 분위기 온도로 인하여 MgO에 Crack이 발생하였으나 지속적인 연구를 진행하여 최적의 실장 조건을 확립할 수 있었다. 이러한 진공 인라인 실장 기술은 추가적인 Annealing 공정이 필요하지 않아 공정의 단축을 모색할 수 있으며, MgO의 수화를 제거함으로써 일반적인 실장 방법을 이용한 패널보다 더 우수한 전기적 광학적 특성을 얻을 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.326-326
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• 2012

ZnO와 GaN는 비슷한 특성을 가지고 있다. 즉, 상온에서 ZnO의 밴드갭은 3.36 eV이며 GaN은 3.39 eV이고, 두 물질 모두 Wurzite 구조이며, 격자상수 또한 비슷하다. 밴드갭 에너지가 매우 큰 GaN와 ZnO는 청색 또는 자외선 영역의 발광 또는 수광 소자의 응용성을 가지고 있다. 특히, ZnO는 exciton binding energy가 상온에서 60 meV로 매우 큰 편이기 때문에 상온에서 발광소자로서 안정성을 보장할 수 있어서 발광소자나 광측정 장치 등에 응용이 기대되고 있다. 이러한 장점에도 불구하고 n-ZnO/p-GaN 이종접합 구조에 대한 연구가 아직까지 미미한 상태이다. 본 연구에서는 UHV 스퍼터링 장치로 상온에서 형성한 n-ZnO/p-GaN 이종접합 다이오드 구조에 대한 전기적 및 광학적 물성을 분석하였다. 먼저 p형 GaN 기판 위에 ZnO 박막을 증착한 후에, ZnO 박막의 결정성을 개선시키기 위해 rapid thermal annealing 시스템을 이용하여400, 500, $600^{\circ}C$에서 각각 1분 동안 후 열처리를 실시하였다. 이때 $600^{\circ}C$에서 후 열처리한 ZnO박막은 $5{\times}10^{16}cm^{-3}$인 n형으로 나타났다. n-ZnO/p-GaN 이종접합 다이오드구조에 대한 I-V 및 photoluminescence 측정 등을 통해 전기적 및 광학적 특성을 분석하였다.