• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.256-256
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• 2010

투명전극부터 디스플레이 산업에 이르기까지 광범위하게 응용되어지고 있고 개발되어지고 있는 투명전도산화물(TCO)은 ZnO, In2O3, SnO2 등을 기본으로 하는 n-type 재료가 대부분이다. 그러나 투명전도 산화물을 이용한 light emitting diode(LED), 투명한 태양전지, p-형 TFT와 같은 투명전자소자의 개발을 위해서는 p-type 소재가 필수적이다. p-type TCO 소재는 비교적 연구 개발 실적이 매우 부진한 실정이었다. 1997년 넓은 밴드갭을 가지는 ABO2(delafossite) 산화물이 p-type으로서 안정적이라는 것을 보고함에 따라 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 현재 ABO2 형태를 가진 Delafossite구조 산화물이 가장 유망한 p-type 투명전도체 소재로 거론되고 있다. Delafossite 구조가 p-type 투명전도체에 적합한 결정구조인 이유는 밴드갭이 넓고 공유결합에 유리하기 때문이다. Delafossite구조는 상온에서 2종류의 polytype(상온에서 Rhombohedaral구조와 hexagonal 구조)이 존재하며 이들은 각각 3R 및 2H의 결정 구조를 가지고 있다. ABO2의 delafossite구조에서 Cu+의 배열은 c-축을 따라 Cu-O-Cr-O-Cu의 연속적인 층 구조로서 2차원연결로 보여 진다. 보고된 Cu- base delafossite구조를 가지는 재료들은 CuAlO2, CuGaO2, CuInO2 등 여러가지가 있다. 본 연구에서는 PLD를 이용하여 c-plane 사파이어 기판위에 성장된 delafossite구조인 CuCrO2박막의 특성을 알아보았다. p-type 특성을 위하여 CuCrO2에 Zn를 첨가하였으며 그에 따른 구조적 전기적 특성을 조사하였다. 성장온도와 산소분압을 $500{\sim}700^{\circ}C$, 0~10mTorr로 변화시켜 특성을 연구하였다. 성장온도 $700^{\circ}C$, 산소분압 10mTorr에서 c-plane 사파이어 기판위에 c-축 배향의 에피성장된 CuCrO2:Zn 박막을 얻을 수 있었다. Mg를 도핑함에 따른 p-type 특성보다 현저히 떨어지는 것을 확인하였다. 또한 동일한 조건임에도 특정한 이차상의 존재를 통해 도핑된 Zn의 위치를 추측할 수 있었다. 온도와 분압에 따른 결정성과 표면상태를 SEM을 통해서 확인하였다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2011.10a
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• pp.41.2-41.2
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• 2011

Display 산업의 확대로 인해 광학적 특성 및 전기적 특성이 우수한 TCO (Transparent conductive oxide) 연구가 활발히 진행되고 있다. 기존에는 ITO가 대부분의 분야에서 이용되었지만 In의 경제적인 단점으로 인해 새로운 대체물로써 ZnO가 떠오르고 있다. ZnO는 전형적인 n-type 반도체이며, wide band gap 물질로써 Al, Ga, B과 같은 3 족 원소를 doping 함으로써 광학적 및 전기적 특성을 향상시킬 수 있다. 최근에는 ZnO의 이온반경과 비슷한 Ga을 도핑한 Ga-doped ZnO 박막에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이는 ZnO에 Ga을 도핑함으로써 격자결함을 최소화 시키고 carrier concentration 및 hall mobility를 향상시켜 전기전도도의 향상을 이루기 때문이다. 본 연구에서는 $Ga_2O_3$이 3wt% doping 된 ZnO rotating cylindrical target 을 DC magnetron sputtering 을 이용하여 2 kW의 파워와 70 kHz의 주파수를 고정하고, 증착 온도를 변화시켜 유리 기판 위에 Ga-doped ZnO 박막을 증착 하였다. 증착 시 온도가 Ga-doped ZnO 박막에 미치는 영향을 관찰하기 위해 박막 표면의 조성을 분석하였고, 결정성 및 전기적 특성의 변화를 통해 박막의 특성을 비교 평가하였다. Ga-doped ZnO 박막의 표면과 두께는 SEM (Scanning electron microscope) 분석을 통해 관찰하였고, XRD (X-ray diffractometer) 를 이용하여 결정학적 특성을 확인하였다. 또한 Van der Pauw 방법을 이용한 hall 측정을 통해 resistivity, carrier concentration, hall mobility를 분석하였고, UV-Vis를 이용하여 박막의 투과율을 분석하였으며, 이를 토대로 투명 전도막으로써 Ga-doped ZnO 박막의 응용 가능성을 평가하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.104-104
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• 2011

ZnO는 3.37 eV의 넓은 에너지 밴드갭을 갖는 투명 전도성 반도체이며 우수한 전기적, 광학적 특성으로 인해 광원소자 개발을 위한 새로운 물질로 많은 주목을 받아왔다. 더욱이, ZnO는 쉽게 나노구조 형성이 가능하기 때문에 이를 응용한 가스센서, 염료감응태양전지, 광검출기 등의 소자 개발이 활발히 이루어지고 있다. 최근에는 GaN 기반 발광다이오드 (light emitting diode, LED)의 광추출 효율을 향상시키기 위한 ZnO 나노구조 응용에 관한 연구가 보고되고 있다. GaN 기반 LED의 경우 반도체 물질과 공기 사이의 높은 굴절률 차이로 인하여 낮은 광추출 효율을 나타낸다. 이를 해결하기 위한 방법으로 표면 roughening, texturing 등 에칭공정을 이용해 광추출 효율을 개선하려는 연구들이 보고되고 있으나, 복잡한 공정과정을 필요로 하고 에칭공정에 의한 소자 표면 손상으로 전기적 특성이 나빠질 수 있다. 반면 전기화학증착법으로 성장된 ZnO 나노구조를 이용할 때, 보다 간단한 방법으로 쉽고 빠르게 나노구조를 형성할 수 있고 낮은 공정온도를 가지기 때문에 소자의 전기적 특성에 큰 영향을 주지 않는다. 수직방향으로 잘 정렬된 ZnO 나노구조를 갖는 LED의 경우 내부 Fresnel 반사 손실을 효과적으로 줄여 발광 효율을 크게 향상시킬 수 있다. 따라서, ZnO 나노구조의 성장제어 및 성장특성을 분석하는 것은 매우 중요하다. 본 연구에서는 ITO glass 위에 ZnO 나노구조를 성장하고 그 특성을 분석하였다. ITO glass 기판 위에 RF magnetron 스퍼터를 사용하여 Al 도핑된 ZnO (AZO)를 얇게 증착한 후 전기화학증착법으로 ZnO 나노구조를 성장하였다. 농도, 인가전압, 공정시간 등 다양한 공정조건을 변화시키면서 성장 메커니즘을 분석하였고, scanning electron microscope (SEM) 및 X-ray diffraction (XRD)을 통하여 구조 및 결정성 등을 분석하였다. 또한, UV-Visible-NIR spectrophotometer를 사용하여 투과율을 실험적으로 측정하여 ZnO 나노구조의 광학적 특성을 분석하였고, rigorous coupled wave analysis (RCWA) 방법을 사용하여 계면에서 발생하는 내부 반사율을 계산함으로써 나노구조의 효과를 이론적으로 분석하였다.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.24 no.7
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• pp.568-573
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• 2011

AZO (Al doped ZnO) thin films were deposited on the quartz substrates with thickness variation from 25 to 300 nm by using PLD (pulsed laser deposition). XRD (x-ray diffractometer), SPM (scanning probe microscopy), Hall effect measurement and uv-visible spectrophotometer were employed to investigate the structural, morphological, electrical and optical properties of the thin films. XRD results demonstrated that films were preferrentially oriented along the c-axis and crystallinity of film was improved with increase of film thickness. As for the surface morphologies, the mean diameter and root mean square of grains were increased as the film thickness was increased. When the film thickness was 200 nm, the lowest resistivity of $4.25{\times}10^{-4}\;{\Omega}cm$ obtained with carrier concentration of $6.84{\times}10^{20}\;cm^{-3}$ and mobility of $21.4\;cm^2/V{\cdot}S$. All samples showed more than 80% of transmittance in the visible range. Upon these results, it is found that the samples thickness can affect their structural, morphological, optical and electrical properties. This study suggests that the resistivity can be improved by controlling film thickness.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2006.08a
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• pp.147-147
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• 2006

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2006.10a
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• pp.67-68
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• 2006

We prepared the AZO thin film with different $O_2$ gas flow rate. the AZO thin films were deposited on glass substrate at room temperature, working gas pressure of 1mTorr. the electrical, structural and optical properties of AZO thin films were investigated by using Hall Effect measurement system, X-ray Diffractometer (XRD) and UV-VIS spectrometer. From the results, we could obtain that AZO thin film with low resistivity of $8.5{\times}10^{-4}{\Omega}cm$ was exhibited in specific $O_2$ gas flow rate. Also, the transmittance of over 80% in visible range was observed in specific $O_2$ gas flow rate. In all of the AZO thin film with the transmittance of over 80%, diffraction peak of (002) direction was observed, while amorphous peak was observed in the AZO thin film with the low transmittance.

• Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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• v.47 no.7
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• pp.8-16
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• 2010

In this paper, we investigated the effects of $O_2$ fraction on the properties of Al-doped ZnO (AZO) thin films prepared by radio frequency (RF) magnetron sputtering. Hall, photoluminescence (PL), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) measurements revealed that the p-type conductivity was exhibited for AZO films with an $O_2$ fraction of 0.9 while the n-type conductivity was observed for films with $O_2$ fractions in range of 0 - 0.6. PL and XPS also showed that the acceptor-like defects, such as zinc vacancies and oxygen interstitials, increased in films prepared by an $O_2$ fraction of 0.9, resulting in the p-type conductivity in the films. Hall results indicated that AZO films prepared by $O_2$ fractions in range of 0 - 0.6 can be used for electrode layers in the applications of transparent thin film transistor. We concluded from the X-ray diffraction analysis that worse crystallinity with a smaller grain size as well as higher tensile stress was observed in the films prepared by a higher $O_2$ fraction, which is related to incorporation of more oxygen atoms into the films during deposition. The study of atomic force microscope suggested that the smoother surface morphology was observed in films prepared by using $O_2$ fraction, which causes the higher resistivity in those films, as evidenced by Hall measurements.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.18 no.5
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• pp.377-383
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• 2009

Aluminum-doped zinc oxide (AZO) thin films were deposited on sapphire substrate by using radio-frequency magnetron sputtering and were performed in the temperature range of $600-900^{\circ}C$ by rapid thermal annealing (RTA). The crystallographic structure and the surface morphology were investigated by using X-ray diffraction and scanning electron microscopy, respectively. The crystallinity of the films was improved with increasing the annealing temperature and the average size of crystalline grains was found to be 50 nm. All the thin films showed an average transmittance of 92% in the wavelength range of 400-1100 nm. As the annealing temperature was increased, the bandgap energy was decreased and the violet photoluminescence (PL) signal at 400 nm replaced the ultraviolet PL signal. The electrical properties of the thin films showed a significant dependence on the annealing temperature.

• 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 Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2010.06a
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• pp.296-296
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• 2010

In this work, we report the effect of substrate on the growth of Ga-doped ZnO (GZO) thin films. GZO thin films were deposited on various substrates by using pulsed laser deposition (PLD). The structural properties, surface morphologies, and electrical properties were investigated. From the results of HRXRD, c-plane (0002) oriented growth of GZO films was confirmed on $Al_2O_3$ (0001). On the other hand, the GZO films on LAO (100) substrates were grown along the a-axis. The obvious differences on the electrical properties of each film were also obtained.