• 한국진공학회지
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• 제16권5호
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• pp.359-365
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• 2007

본 논문에서는 zinc oxide (ZnO)와 gallium이 도핑 된 zinc oxide (GZO)를 이용하여 radio frequency (RF) magnetron sputtering 방법에 의해 상온에서 제작된 bottom-gate 박막 트랜지스터의 특성을 평가하고 분석하였다. 게이트 절연층 물질로서 새로운 물질을 사용하지 않고 열적 성장된 $SiO_2$를 사용하여 게이트 누설 전류를 수 pA 수준까지 줄일 수 있었다. ZnO와 GZO 박막의 표면 제곱평균제곱근은 각각 1.07 nm, 1.65 nm로 측정되었다. 그리고 ZnO 박막은 80% 이상, GZO 박막은 75% 이상의 투과도를 가지고 있었고, 박막의 두께에 따라 투과도가 달라졌다. 또한 두 시료 모두 (002) 방위로 잘 정렬된 wurtzite 구조를 가지고 있었다. 제작된 ZnO 박막 트랜지스터는 2.5 V의 문턱 전압, $0.027\;cm^2/(V{\cdot}s)$의 전계효과 이동도, 104의 on/off ratio, 1.7 V/decade의 gate voltage swing 값들을 가지고 있었고, enhancement 모드 특성을 가지고 있었다. 반면에 GZO 박막 트랜지스터의 경우에는 -3.4 V의 문턱 전압, $0.023\;cm^2/(V{\cdot}s)$의 전계효과 이동도, $2{\times}10^4$의 on/off ratio, 3.3 V/decade의 gate voltage swing 값들을 가지고 있었고, depletion 모드 특성을 가지고 있었다. 우리는 기존의 ZnO와 1wt%의 Ga이 도핑된 ZnO를 이용하여 두 가지 모드의 트랜지스터 특성을 보이는 박막 트랜지스터를 성공적으로 제작하고 분석하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.688-688
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• 2013

Al-doped ZnO (AZO) thin films have attracted a lot of attention as a cheap transparent conducting oxide (TCO) material that can replace the expensive Sn-doped In2O3. In particular, AZO thin films are widely used as a window layer of chalcogenide-based thin film solar cells such as Cu(In,Ga)Se2 and Cu2ZnSnS4 (CZTS). Mostly important requirements for the window layer material of the thin film solar cells are the high transparency and the low sheet resistance, because they influence the light absorption by the activelayer and the electron collection from the active layer, respectively. In this study, we prepared the AZO thin films by RF magnetron sputtering using a ZnO/Al2O3 (98：2wt%) ceramic target, and the effect of the sputtering condition such as the working pressure, RF power, and the working distance on the optical, electrical, and crystallographic properties of the AZO thin films was investigated. The AZO thin films with optimized properties were used as a window layer of CZTS thin film solar cells. The CZTS active layers were prepared by the electrochemical deposition and the subsequent sulfurization process, which is also one of the cost-effective synthetic approaches. In addition, the solar cell properties of the CZTS thin film solar cells, such as the photocurrent density-voltage (J-V) characteristics and the external quantum efficiency (EQE) were investigated.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제14권3호
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• pp.15-20
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• 2007

플라스틱 기판에 적용이 가능한 최대 공정온도 $270^{\circ}C$ 이하에서 ZnO-TFT 소자를 제작하였다. ZnO-TFT 소자는 bottom gate 구조로 제작되었으며, ICP-CVD로 형성된 $SiO_2$ 산화물 게이트 공정을 제외하고는 모든 박막증착 공정은 RF-magnetron sputtering process를 이용하였다. ZnO 박막은 Ar과 $O_2$ gas 유량의 비율에 따라 여러 가지 조건에서 RF-magnetron sputtering 시스템을 이용하여 상온에서 증착하였다. Ar과 $O_2$ gas의 비율에 따라 제작된 TFT 소자는 모두 enhancement 모드의 소자특성을 나타내었고, 또한 가시광선영역에 있어 80% 이상의 높은 투과율을 보였다. ZnO 증착시 순수 Ar을 사용하여 제작된 ZnO-TFT의 경우에, $1.2\;cm^2/Vs$의 field effect mobility, 8.5 V의 threshold voltage, 그리고 $5{\times}10^5$의 높은 on/off ratio, 1.86 V/decade의 swing voltage로 가장 우수한 전기적 특성을 보였다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2010년도 춘계학술발표대회
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• pp.35.1-35.1
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• 2010

The Cu(In,Ga)Se2(CIGS) thin film solar cells have been achieved until almost 20% efficiency by NREL. These solar cells include chemically deposited CdS as buffer layer between CIGS absorber layer and ZnO window layer. Although CIGS solar cells with CdS buffer layer show excellent performance, many groups made hard efforts to overcome its disadvantages in terms of high absorption of short wavelength, Cd hazardous element. Among Cd-free candidate materials, the CIGS thin film solar cells with Zn compound buffer layer seem to be promising with 15.2%(module by showa shell K.K.), 18.6%(small area by NREL). However, few groups were successful to report high-efficiency CIGS solar cells with Zn compound buffer layer, compared to be known how to fabricate these solar cells. Each group's chemical bah deposition (CBD) condition is seriously different. It may mean that it is not fully understood to grow high quality Zn compound thin film on the CIGS using CBD. In this study, we focused to clarify growth mechanism of chemically deposited Zn compound thin film on the CIGS, especially. Additionally, we tried to characterize junction properties with unfavorable issues, that is, slow growth rate, imperfect film coverage and minimize these issues. Early works reported that film deposition rate increased with reagent concentration and film covered whole rough CIGS surface. But they did not mention well how film growth of zinc compound evolves homogeneously or heterogeneously and what kinds of defects exist within film that can cause low solar performance. We observed sufficient correlation between growth quality and concentration of NH3 as complex agent. When NH3 concentration increased, thickness of zinc compound increased with dominant heterogeneous growth for high quality film. But the large amounts of NH3 in the solution made many particles of zinc hydroxide due to hydroxide ions. The zinc hydroxides bonded weakly to the CIGS surface have been removed at rinsing after CBD.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.233-233
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• 2014

InGaZnO 박막트랜지스터(TFT)는 기존의 널리 사용되던 비정질 실리콘보다 높은 전하이동도와 Ion/off, 우수한 균일성과 신뢰성의 장점으로 최근 AMOLED양산에 적용되기 시작 하였다. 그러나 60인치 이상의 대면적 디스플레이와 초고해상도의 성능을 동시에 만족하기 위해 10 cm2/Vs정도의 전하이동도를 가지는 InGaZnO로는 한계가 있어 30 cm2/Vs 이상의 전하이동도를 가지는 물질의 연구가 필요하다. 연구에서는 높은 전하이동도를 만족하기 위해 InO2를, 우수한 신뢰성을 가지는 SnO2를 포함하는 InZnSnO로 실험을 진행하였다. 스퍼터링 시스템에서 ITO 타겟과 ZTO 타겟을 사용하여 동시증착법으로 채널을 증착하였고, 산소 분압 변화시에 IZTO TFT 소자 특성의 의존성을 평가하였다. Ar : O2=10 : 0 일 때와 Ar : O2=7 : 3 일 때의 이동도가 각각 12.6cm2/Vs, 19.7cm2/Vs로 산소 비율이 증가함에 따라 전하이동도가 증가하였다. 기존 IGZO 산화물 반도체에서는 산소 비율이 증가하면 산소공공(VO) 농도감소로 인해 전하이동도가 감소한다. 이는 전하농도가 증가하면 전하이동도가 증가하는 percolation 전도기구로 이해할 수 있다. 그러나 본 IZTO 물질에서는 산소비율 증가에 따라 오히려 전하이동도가 증가하였는데, 이는 IZTO 반도체에 함유된 Sn 이온의 가전자상태가 +2/+4가의 상대적 비율이 산소농도에 따라 의존하기 때문인 것으로 분석되었다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제47권1호
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• pp.6-13
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• 2010

본 연구에서는 RF 마그네트론 스퍼터링 법으로 Eagle 2000 유리 기판 위에 Ga-doped ZnO (GZO) 박막을 제작하여, 기판온도 $100{\sim}400^{\circ}C$ 및 박막두께에 따른 박막의 결정화 특성과 전기적 및 광학적 특성을 조사하였다. 공정조건에 상관없이 모든 GZO 박막은 c-축 배향성을 나타내는 (002) 회절 피크만이 관찰되었고, $300^{\circ}C$에서 400 nm 증착한 GZO 박막이 가장 우수한 결정성을 나타내었으며, 그 때의 반가폭 값은 $0.4^{\circ}$이었다. 또한, AFM 으로 박막의 표면형상을 분석한 결과 $300^{\circ}C$에서 400 nm 증착한 박막에서 비교적 입자가 고르고 치밀한 박막이 형성되었다. 전기적 특성은 홀 측정결과 $300^{\circ}C$에서 400 nm 증착한 박막에서 가장 낮은 비저항 ($8.01{\times}10^{-4}\;{\Omega}cm$)과 가장 높은 전자 캐리어농도 ($3.59{\times}10^{20}\;cm^{-3}$) 를 나타내었다. 모든 GZO 박막은 공정조건에 무관하게 가시광 영역에서 80 %의 투과율을 나타내었으며, 기판온도 및 박막두께 증가에 따른 Ga 도핑효과의 증가로 밴드 갭이 넓어지는 Burstein-Moss 효과가 관찰되었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.400-400
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• 2012

산화물 반도체는 넓은 에너지갭을 가지고 높은 이동성과 높은 투명성을 가지기 때문에 초고 속 박막 트랜지스터(Thin film transistor; TFT)에 많이 응용되고 있다. 그러나 ZnO 및 $In_2O_3$ 산화물 반도체를 박막트랜지스터에 사용할 경우 소자가 불안정하여 전기적 성질이 저하되고 문턱전압의 이동이 일어난다. TFT에 사용되는 산화물 반도체로는 GaInZnO, ZrInZnO, HfInZnO 및 GaSnZnO의 전기적 특성에 관한 연구가 많이 되었다. 그러나 titanium-indium-zinc-oxide (TIZO) TFT에 대한 연구는 비교적 적게 수행 되었다. 본 연구에서는 TFTs의 안정성을 향상하기 위하여 TFT의 채널로 사용되는 TiInZnO를 형성하는데 간단한 제조 공정과 낮은 비용의 용액 증착방법을 사용하였다. 졸-겔 전해액은 Titanium (IV) isopropoxide $[Ti(OCH(CH_3)_2)_4]$, 0.1 M Zinc acetate dihydrate $[Zn(CH_3COO)_2{\cdot}2H_2O]$ 그리고 indium nitrate hydrate $[In(NO_3)_3{\cdot}xH_2O]$을 2-methoxyethanol의 용액에 합성하였다. $70^{\circ}C$에서 한 시간 동안 혼합 하였다. Ti의 몰 비율은 10%, 20% 및 40% 로 각각 달리하여 제작하였다. $SiO_2$층 위에 2,500 rpm 속도로 25초 동안 스핀 코팅하여 TFT를 제작하였다. TIZO 박막에 대한 X-선 광전자 스펙트럼 관측 결과는 Ti 몰 비율이 증가함에 따라 Ti 2p1/2피크의 세기가 증가함을 보여주었다. TiZO 박막에 Ti 원자를 첨가하면 $O^{2-}$ 이온이 감소하기 때문에 전하의 농도가 변화하였다. 전하 농도의 변화는 TiZO 채널을 사용하여 제작한 TFT의 문턱전압을 양 방향으로 이동 하였으며 off-전류를 감소하였다. TiZO 채널을 사용하여 제작한 TFT의 드레인 전류-게이트 전압 특성은 on/off비율이 $0.21{\times}107$ 만큼 크며 이것은 TFT 소자로서 우수한 성능을 보여주고 있다.

• 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.

• Transactions on Electrical and Electronic Materials
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• 제18권3호
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• pp.155-158
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• 2017

In this paper, ZnO Thin Film Transistors (TFTs) were fabricated by a sol-gel method using a low-temperature process, and their physical and electrical characteristics were analyzed. To lower the process temperature to $200^{\circ}C$, we used a zinc nitrate hydrate ($Zn(NO_3)_2{\cdot}xH_2O$) precursor. Thermo Gravimetric Analyzer (TGA) analysis showed that the zinc nitrate hydrate precursor solution had 1.5% residual organics, much less than the 6.5% of zinc acetate dihydrate at $200^{\circ}C$. In the sol-gel method, organic materials in the precursor disrupt formation of a high-quality film, and high-temperature annealing is needed to remove the organic residuals, which implies that, by using zinc nitrate hydrate, ZnO devices can be fabricated at a much lower temperature. Using an X-Ray Diffractometer (XRD) and an X-ray Photoelectron Spectrometer (XPS), $200^{\circ}C$ annealed ZnO film with zinc nitrate hydrate (ZnO (N)) was found to have an amorphous phase and much more oxygen vacancy ($V_o$) than Zn-O bonds. Despite no crystallinity, the ZnO (N) had conductance comparable to that of ZnO with zinc acetate dihydrate (ZnO (A)) annealed at $500^{\circ}C$ as in TFTs. These results show that sol-gel could be made a potent process for low-cost and flexible device applications by optimizing the precursors.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2006년도 추계학술대회 논문집 전기물성,응용부문
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• pp.53-54
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• 2006

Arsenic doped p-type ZnO thin films have been realized on intrinsic (100) GaAs substrate by RF magnetron sputtering and thermal annealing treatment. p-Type ZnO exhibits the hole concentration of $9.684{\times}10^{19}cm^3$, resistivity of $2.54{\times}10^{-3}{\Omega}cm$, and mobility of $25.37\;cm^2/Vs$. Photoluminescence (PL) spectra of As doped p-type ZnO thin films reveal neutral acceptor bound exciton ($A^{0}X$) of 3.3437 eV and a transition between free electrons and acceptor levels (FA) of 3.2924 eV. Calculated acceptor binding energy ($E_A$) is about 0.1455 eV. Thermal activation and doping mechanism of this film have been suggested by using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). p-Type formation mechanism of As doped ZnO thin film is more related to the complex model, namely, $As_{Zn}-2V_{Zn}$, in which the As substitutes on the Zn site, rather than simple model, Aso, in which the As substitutes on the O site. ZnO-based p-n junction was fabricated by the deposition of an undoped n-type ZnO layer on an As doped p-type ZnO layer.