• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.196-196
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• 2010

본 연구에서는 플렉시블 GZO 단일 박막과 GZO/Ag/GZO (GAG) 다층 박막을 연속 성막이 가능한 롤투롤 스퍼터링 시스템을 이용하여 상온 공정을 통해 성막하여 그 특성을 분석 하였다. 일반적으로 고품위의 GZO 박막을 제작하기 위해서는 고온 공정이 필수적인 것으로 알려져 있으나 본 실험에서는 플렉시블 PES 기판상에 상온 공정을 통해 후 열처리 없이 고품위의 GZO, GAG 박막을 얻을 수 있었다. 단일 GZO 박막은 공정 압력과 산소 유입량을 변화하여 제작하였고 GAG 다층 박막은 GZO-Ag-GZO로 이루어진 3개의 sputter gun을 이용하여 Ag 두께를 변수로 연속공정을 통해 제작하였다. 구조적, 표면석 특성 분석을 위해 XRD(X-ray diffraction), FE-SEM(Field emission scanning electron microscopy), HRTEM (High resolution electron microscopy)를 이용하였으며 광학적, 전기적 특성을 분석하기 위해 UV/Vis spectrometer, Hall effect measurement를 각각 이용하였다. 최적화된 GZO 단일 박막은 상온에서 열처리 없이 성막되었음에도 불구하고 38 ohm/sq의 낮은 저항과 86 %의 높은 투과도를 나타내었으며 GAG 다층 박막은 12 nm의 Ag 두께에서 6.4 ohm/sq의 낮은 저항과 88 %의 높은 투과율을 나타내었다. 특히 기계적 특성을 분석하기 위해 진행된 bending test에서 GAG 박막은 초기와 test 후에 저항과 표면에 변화가 없는 우수한 특성을 보였으며 이를 통해 플렉시블 태양전지와 디스플레이등 광학소자의 투명 전극으로서의 적용 가능성을 확인 할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.316-316
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• 2013

GZO/Ag/GZO 다층 투명 전도막은 투명 산화물 전극 사이에 빛이 투과할 수 있는 수준의 매우 얇은 금속을 삽입하여 낮은 면저항과 높은 투과율을 구현하는 기술로 금속의 유연성과 낮은 비저항, 산화물은 높은 투과도와 안정성을 동시에 이용할 수 있는 투명전도막이다. 본 연구에서는 RF 마그네트론 스퍼터와 전자빔 증착을 이용하여 GZO 박막 사이에 Ag 박막을 삽입한 GZO/Ag/GZO 구조의 박막을 제작하였다. Ag 박막의 두께와 공정 압력이 박막에 미치는 영향을 연구하였으며, 급속 열처리에 따른 GZO/Ag/GZO 박막의 특성을 분석하였다. Ag 삽입 박막 두께와 GZO/Ag/GZO 박막의 열처리 온도 최적화를 통하여 $2.2{\times}10-5{\Omega}{\cdot}cm$의 가장 낮은 비저항과 88.9%의 투과율을 나타내었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.86-86
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• 2011

RF magnetron sputtering을 이용하여 RF파워 변화에 따라 GZO 박막을 제작하였다. 박막제작은 유리기판 위에 하였고, 전기적, 광학적 특성을 조사하였다. 박막의 증착시 초기 압력은 $2.0{\times}10^{-6}Torr$, 증착온도는 상온으로 고정하여 증착하였으며, 기판은 Corning 1737 유리 기판을 사용하였다. RF 파워 공정변수는 20W, 50W, 80W, 110W로 변화를 시켰다. 유리기판에 증착된 모든 GZO박막은 200 nm의 두께로 증착되었으며 모든 GZO 박막에서 85% 이상의 투과율을 나타내었다. RF파워가 낮을수록 투과율을 증가하였으며, 광학적 밴드갭 또한 증가하였다. 공정별로 제작된 모든 GZO박막에서 (002)면의 배향성이 관찰되었고, RF파워가 낮을수록 박막의 결정성은 향상되었다. Hall 측정 결과 RF파워가 20W일 때 전기비저항 $1.85{\times}10^{-3}{\Omega}cm$, 전하의 농도 $3.794{\times}10^{20}cm^{-3}$, 이동도 $8.89cm^2V^{-1}s^{-1}$로 전극으로서의 특성을 나타내었다. GZO 박막의 경우 RF 파워가 낮을수록 결정성이 높아지고, 전극의 특성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.232-232
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• 2011

투명전도산화물에 대한 연구가 많이 이루어지고 있으며, 최근 Ga이 도핑된 ZnO의 연구가 많이 되고 있다. 투명전도산화물은 태양전지, 평면디스플레이와 같은 다양한 분야에 응용이 가능하다. 본 연구에서는 RF magnetron sputtering을 이용하여 Ar gas 유량 변화에 따른 GZO 박막을 연구하였다. 기판으로는 유리기판을 사용하였으며, 전기적, 광학적, 구조적인 특성을 조사하였다. 박막의 증착시 초기 압력은 $2.0{\times}10^{-6}$Torr 이하로 하였으며, 증착온도는 상온으로 고정하여 증착하였다. 기판은 Corning 1737 유리 기판을 사용하였고, GZO 타겟은 ZnO : Ga 분말이 각각 97 : 3 wt.%로 소결된 타겟을 사용하였다. Ar 유량변수는 20, 40, 60, 80 sccm으로 변화를 주었다. 유리기판에 증착된 모든 GZO박막은 약 200 nm의 두께로 증착되었으며 모든 GZO 박막에서 85%이상의 투과율을 나타내었다. Ar 유량이 적을수록 투과율을 증가하였으며, 광학적 밴드갭 또한 증가하였다. 공정별로 제작된 모든 GZO박막에서 (002)면의 배향성이 관찰되었고, Ar 유량이 적을수록 박막의 결정성은 향상되었다. Hall 측정 결과 Ar 유량이 20 sccm일 때 전기비저항 $3.46{\times}10^{-3}{\Omega}cm$, 전하의 농도 $3.832{\times}10^{-20}\;cm^{-3}$, 이동도 $4.7cm^2V^{-1}s^{-1}$로 전극으로서의 특성을 나타내었다. GZO 박막의 경우 Ar 유량이 적었을 때 결정성이 높아지고, 전극 특성이 더 우수한 것을 확인할 수 있었다.

• Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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• v.15 no.7
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• pp.1559-1563
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• 2011

We fabricated gallium doped ZnO (GZO, 5 wt% Ga) thin films on PES (polyethersulfon) substrate with RF magnetron sputtering and investigated optical and electrical properties for various substrate temperatures ($50{\sim}200^{\circ}C$). All GZO thin film has c-axis preferred orientation without reference to deposition conditions. As a result of AFM analysis, the GZO thin film deposited at $200^{\circ}C$ exhibited the lowest surface roughness of 0.196nm. The transmittance of GZO thin films were above 80% and Burstein-Moss effect was observed. In the analysis of Hall measurement, we confirmed that the GZO thin film deposited at $200^{\circ}C$ showed the lowest resistivity of $6.93{\times}10-4{\Omega}{\cdot}cm$ and the highest carrier concentration of $7.04{\times}1020/cm^3$.

• Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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• v.19 no.6
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• pp.1393-1398
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• 2015

In this study, the electrical and optical properties of GZO (Ga-doped ZnO) thin films prepared on PES substrates by RF magnetron sputtering method with various working pressures (5 to 20 mTorr) were investigated. All GZO thin films exhibited c-axis preferential growth regardless of working pressure, the GZO thin film deposited at 5 mTorr showed the most excellent crystallinity having 0.44˚ of FWHM. In AFM observations, surface roughness exhibited the lowest value of 0.20 nm in a thin film produced by the working pressure 5 mTorr. Figure of merits of GZO thin film deposited at 5 mTorr showed the highest value of 6652, in this case resistivity and average transmittance in the visible light region were 6.93×10^-4Ω-cm and 81.4%, respectively. We could observed the Burstein-Moss effect that carrier concentration decrease with the increase of working pressure and thus the energy band gap is narrowed.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2012.05a
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• pp.207-208
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• 2012

GZO( Ga-doped ZnO) 및 ZTO (zinc tin Oxide) 박막을 DC, RF magnetron sputtering 공정을 이용하여 증착한 후, 대기 및 진공상태에서 200, $300^{\circ}C$ 조건으로 30분 동안 열처리하였다. ZTO/GZO 박막의 전기적 특성은 ZTO 층과 GZO 층의 두께 비에 의존함을 확인 할 수 있었다. 본 연구에서는 GZO단일 박막과 ZTO/GZO double layer 박막의 열처리 온도에 따른 구조적, 전기적, 광학적 특성을 비교검토 하였다.

• Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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• v.18 no.10
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• pp.2497-2502
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• 2014

The 5 wt.% Ga-doped zinc oxide (GZO) thin films were fabricated on PES substrates with various RF power 50~80 W by using RF magnetron sputtering in order to investigate the optical and electrical properties of GZO thin films. The XRD measurement showed that GZO thin films exhibit c-axis orientation. At a RF power of 70W, the GZO thin film showed the highest (002) diffraction peak with a Full-Width-Half-Maximum (FWHM) of $0.44^{\circ}$. AFM analysis showed that the lowest surface roughness (0.20 nm) was obtained for the GZO thin film fabricated at 70 W of RF power. The electrical property indicated that the minimum resistivity ($6.93{\times}10^{-4}{\Omega}{\cdot}cm$) and maximum carrier concentration ($7.04{\times}10^{20}cm^{-3}$) and hall mobility ($12.70cm^2/Vs$) were obtained in the GZO thin film fabricated at 70W of RF power. The optical transmittance in the visible region was higher than 80 %, regardless of RF power. The optical band-gap showed the slight blue-shift with increased in carrier concentration which can be explained by the Burstein-Moss effect.

• 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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• 2011.08a
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• pp.230-230
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• 2011

RF magnetron sputtering을 이용하여 Ar 및 $O_2$유량에 따라 GZO 박막을 유리기판 위에 제작하고 구조적, 광학적, 전기적 특성을 조사하였다. 박막 증착 조건의 초기 압력은 $1.0{\times}10^{-6}$ Torr, RF 파워는 25W, 증착온도는 상온으로 고정하였으며 기판은 Corning 1737 유리 기판을 사용하였다. 공정 변수로 Ar 유량을 40 sccm, 60 sccm, 80 sccm, 100 sccm으로 변화시켰으며, $O_2$ 가스비율을 5~20%으로 변화를 주어 실험을 진행하였다. GZO 타겟은 ZnO,Ga 분말을 각각 97:3 wt.%로 소결된 타겟을 사용하였다. 유리기판 위에 증착된 모든 GZO 박막에서 (002) 면의 우선 배향성이 관찰되었고 평균 85% 이상의 투과율을 나타내었다. 산소유량이 포함되지 않고 Ar 유량이 적은 GZO 박막의 결정성은 향상되었고, 광학적 밴드갭은 증가하였다. Hall 측정 결과 산소의 유량이 포함되어 있는 박막에서는 모두 완전한 산화물에 가까운 화학양론적 조성으로 면저항이 $10^6{\Omega}/{\Box}$ 이상인 부도체 특성을 보였으며, 산소가 포함되지 않은 샘플에서는 투명전도막 특성이 확인되었다. 산소가 포함되지 않은 Ar 유량이 60 sccm일 때 전기비저항 $3.25{\times}10^{-3}{\Omega}cm$, 전하의 농도 $9.41{\times}10^{20}\;cm^{-3}$, 이동도 2.04 $cm^2V^{-1}s^{-1}$로 투명전도막으로 적합한 전기적 특성을 얻었다. GZO 박막의 경우 산소가 포함될 경우 결정성이 저하되고, 절연특성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.