• Title/Summary/Keyword: Indium tin oxide ($In_2O_3-SnO_2$

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RF-Magnetron Sputtering법에 의해 성막된 $Ga_2O_3$가 혼합된 ZnO박막의 전기적 및 광학적 특성

  • Kim, Mi-Seon;Bae, Gang;Son, Seon-Yeong;Hong, U-Pyo;Kim, Hwa-Min;Lee, Jong-Yeong
    • 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.

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기판 온도 변화에 따른 Indium-zinc-tin-oxide(IZTO) 박막의 투명전도 특성에 관한 연구

  • Son, Dong-Jin;Nam, Eun-Gyeong;Jeong, Dong-Geun;Kim, Yong-Seong
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • 2010.02a
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    • pp.215-215
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    • 2010
  • 평판디스플레이 산업의 성장에 따른 ITO 타겟의 수요가 급증하고 있는 것에 반해 고가의 인듐자원은 그 매장량이 매우 적어 고갈 위기에 처해 있다. 따라서 인듐을 절감하는 투명전극 연구가 활발히 진행되어 오고 있다. 본 연구에서는 IZTO($In_2O_3$:ZnO:$SnO_2$=80:10:10 wt.%)의 In량을 절감한 조성의 타겟을 제조하였다. 그리고 유리기판 위에 IZTO 박막을 펄스 DC 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 기판의 온도를 변화시키며 증착하였다. 기판 온도의 변화는 플렉시블디스플레이 소자에 응용이 가능한 $RT{\sim}200^{\circ}C$ 범위에서 제어하였으며, 증착한 박막은 전기적, 광학적 및 구조적 특성 등을 조사하였다. 유리기판 위에 성장된 IZTO 박막은 기판의 온도가 증가함에 따라 전기적 특성이 향상되었지만 $200^{\circ}C$ 이상에서 결정화가 되어 전기적 특성이 급격히 떨어지는 것을 알 수 있었다. 기판 온도 $150^{\circ}C$에서 비저항은 $3.87{\times}10^{-4}\;({\Omega}{\cdot}cm)$로 가장 낮게 나타났고, 이동도는 $42.11(cm^{-2}/Vs)$, 캐리어 농도는 $3.82{\times}10^{20}(cm^{-3})$를 나타내어 가장 우수한 전기적 특성을 보였다. 박막의 투과율을 측정한 결과 평균 85% (400nm~800nm)이상의 우수한 광학적 특성을 보였다. 또한 이 IZTO 박막을 이용하여 OLED 소자를 제작하여 그 특성을 조사하였다. 조사 결과 IZTO 박막은 인듐 절감효과와 $150^{\circ}C$ 미만의 공정온도 확보로 플렉시블 디스플레이에 적용이 가능한 투명전극 물질로 가능성을 보여주었다.

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Characteristics of transparent dielectric in PbO-B$_2$O$_3$-${SiO_2}-{Al_2}{O_3}$ system and investigation of reaction between dielectric and electrode(ITO) (투명 유전체 PbO-B$_2$O$_3$-${SiO_2}-{Al_2}{O_3}$의 물성 및 전극(ITO)과의 반응성 연구)

  • Lee, Jae-Yeol;Hong, Gyeong-Jun;Kim, Deok-Nam;Kim, Hyeong-Sun;Heo, Jeung-Su
    • Korean Journal of Materials Research
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    • v.11 no.4
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    • pp.305-311
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    • 2001
  • $PbO-B_2O_3-SiO_2-Al_2O_3$, system was investigated for optical, thermal and electrical properties of transparent dielectric. We also studied the reaction between transparent dielectric and transparent electrode(Indium Tin Oxide, ITO) during firing. For the evaluation of properties, dielectrics were prepared under the conditions fired at 520~58$0^{\circ}C$ with 12$\mu\textrm{m}$ thickness. In the reaction between dielectrics and electrode(ITO), In ions diffused into dielectric layer, while Sn ion diffusion was not observed. The coefficient of thermal expansion, the dielectric constant, the glass transition temperature and the transmittance of the dielectric were greatly dependent on PbO content. The increase of the coefficient of thermal expansion and the dielectric constant were monitored by increasing PbO, while the glass transition temperature and the transmittance were decreased. With the increased $Al_2O_3/B_2O_3$ ratio, the coefficient of thermal expansion and the transmittance were decreased, while the dielectric constant was increased. The glass transition temperature did not change significantly.

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Effect of the substrate temperature on the properties of transparent conductive IZTO films prepared by pulsed DC magnetron sputtering

  • Ko, Yoon-Duk;Kim, Joo-Yeob;Joung, Hong-Chan;Son, Dong-Jin;Choi, Byung-Hyun;Kim, Young-Sung
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • 2010.08a
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    • pp.167-167
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    • 2010
  • Indium tin oxide (ITO) has been widely used as transparent conductive oxides (TCOs) for transparent electrodes of various optoelectronic devices, such as liquid crystal displays (LCD) and organic light emitting diodes (OLED). However, indium has become increasingly expensive and rare because of its limited resources. In addition, ITO thin films have some problems for OLED and flexible displays, such as imperfect work function, chemical instability, and high deposition temperature. Therefore, multi-component TCO materials have been reported as anode materials. Among the various materials, IZTO thin films have been gained much attention as anode materials due to their high work function, good conductivity, high transparency and low deposition temperature. IZTO thin films with a thickness of 200nm were deposited on Corning glass substrate at different substrate temperature by pulsed DC magnetron sputtering with a sintered ceramic target of IZTO (In2O3 70 wt%, ZnO 15 wt%, SnO2 15 wt%). We investigated the electrical, optical, structural properties of IZTO thin films. As the substrate temperature is increased, the electrical properties of IZTO are improved. All IZTO thin films have good optical properties, which showed an average of transmittance over 80%. These IZTO thin films were used to fabricate organic light emitting diodes (OLEDs) as anode and the device performances studied. As a result, IZTO has utility value of TCO electrode although it reduced indium and we expect it is possible for the IZTO to apply to flexible display due to the low processing temperature.

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Annealed effect on the Optical and Electrical characteristic of a-IGZO thin films transistor.

  • Kim, Jong-U;Choe, Won-Guk;Ju, Byeong-Gwon;Lee, Jeon-Guk
    • Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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    • 2010.05a
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    • pp.53.2-53.2
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    • 2010
  • 지금까지 능동 구동 디스플레이의 TFT backplane에 사용하고 있는 채널 물질로는 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H)과 저온 폴리실리콘(low temperature poly-Si)이 대표적이다. 수소화된 비정질 실리콘은 TFT-LCD 제조에 주로 사용되는 물질로 제조 공정이 비교적 간단하고 안정적이며, 생산 비용이 낮고, 소자 간 특성이 균일하여 대면적 디스플레이 제조에 유리하다. 그러나 a-Si:H TFT의 이동도(mobility)가 1 cm2/Vs이하로 낮아 Full HD 이상의 대화면, 고해상도, 고속 동작을 요구하는 UD(ultra definition)급 디스플레이를 개발하는데 있어 한계 상황에 다다르고 있다. 또한 광 누설 전류(photo leakage current)의 발생을 억제하기 위해서 화소의 개구율(aperture ratio)을 감소시켜야하므로 패널의 투과율이 저하되고, 게이트 전극에 지속적으로 바이어스를 인가 시 TFT의 문턱전압(threshold voltage)이 열화되는 문제점을 가지고 있다. 문제점을 극복하기 위한 대안으로 근래 투명 산화물 반도체(transparent oxide semiconductor)가 많은 관심을 얻고 있다. 투명 산화물 반도체는 3 eV 이상의 높은 밴드갭(band-gap)을 가지고 있어 광 흡수도가 낮아 투명하고, 광 누설 전류의 영향이 작아 화소 설계시 유리하다. 최근 다양한 조성의 산화물 반도체들이 TFT 채널 층으로의 적용을 목적으로 활발하게 연구되고 있으며 ZnO, SnO2, In2O3, IGO(indium-gallium oxide), a-ZTO(amorphous zinc-tin-oxide), a-IZO (amorphous indium-zinc oxide), a-IGZO(amorphous indium-galliumzinc oxide) 등이 그 예이다. 이들은 상온 또는 $200^{\circ}C$ 이하의 낮은 온도에서 PLD(pulsed laser deposition)나 스퍼터링(sputtering)과 같은 물리적 기상 증착법(physical vapor deposition)으로 손쉽게 증착이 가능하다. 특히 이중에서도 a-IGZO는 비정질임에도 불구하고 이동도가 $10\;cm2/V{\cdot}s$ 정도로 a-Si:H에 비해 월등히 높은 이동도를 나타낸다. 이와 같이 a-IGZO는 비정질이 가지는 균일한 특성과 양호한 이동도로 인하여 대화면, 고속, 고화질의 평판 디스플레이용 TFT 제작에 적합하고, 뿐만 아니라 공정 온도가 낮은 장점으로 인해 플렉시블 디스플레이(flexible display)의 backplane 소재로서도 연구되고 있다. 본 실험에서는 rf sputtering을 이용하여 증착한 a-IGZO 박막에 대하여 열처리 조건 변화에 따른 a-IGZO 박막들의 광학적, 전기적 특성변화를 살펴보았고, 이와 더불어 a-IGZO 박막을 TFT에 적용하여 소자의 특성을 분석함으로써, 열처리에 따른 Transfer Curve에서의 우리가 요구하는 Threshold Voltage(Vth)의 변화를 관찰하였다.

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Electrical and Optical Properties of Amorphous ITZO Deposited at Room Temperature by RF Magnetron Sputtering (RF 마그네트론 스퍼터링법으로 상온 증착된 비정질 ITZO 산화물의 전기적 및 광학적 특성)

  • Lee, Ki Chang;Jo, Kwang-Min;Lee, Joon-Hyung;Kim, Jeong-Joo;Heo, Young-Woo
    • Journal of the Korean institute of surface engineering
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    • v.47 no.5
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    • pp.239-243
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    • 2014
  • The electrical and optical properties of amorphous In-Tin-Zinc-Oxide(ITZO) deposited at room temperature using rf-magnetron sputtering were investigated. The amorphous ITZO thin films were obtained at the composition of In:Sn:Zn = 6:2:2, 4:3:3, and 2:4:4, but the ITZO (8:1:1) showed a crystalline phase of bixbyite structure of In2O3. The resistivity of ITZO could be controlled by oxygen pressure in the sputtering ambient. The resistivity of post-annealed ITZO thin films exhibited the dependence on the amount of Indium. Optical energy band gap and transmittance increased as the amount of indium in ITZO increased. For the device application with ITZO, the bottom-gated thin-film transistor using ITZO as a active channel layer was fabricated. It showed a threshold voltage of 1.42V and an on/off ratio of $5.63{\times}10^7$ operated with saturation field-effect mobility of $14.2cm^2/V{\cdot}s$.

The fabrication of ITO/p-InP solar cells (ITO/p-InP 태양전지 제작)

  • 맹경호;김선태;송복신;문동찬
    • Electrical & Electronic Materials
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    • v.7 no.3
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    • pp.243-251
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    • 1994
  • ITO(Indium Tin Oxide) film with thickness of 1500.angs. was prepared by an e-beam evaporator onto a glass and a p-type InP wafer (100) LEC grown Zn-doped p=2.3*10$\^$16/cm$\^$-3/), in which the components of ITO used for evaporation source were hot pressed pellets 1 mole% ln$\_$2/O$\_$3/+9 mole% SnO$\_$2/, and evaporated in O$\_$2/ ambient. The optimum conditions to preparation of ITO thin film were the substrate temperature of 350.deg. C, the injected oxygen pressure of 2*10$\^$-4/ torr, and the evaporation speed of 0.2-0.3.angs./sec, respectively. In these optimum conditions, the resistivity and the carrier concentration were 5.3*10$\^$-3/ .ohm.-cm, 6.5*10$\^$20/cm$\^$-3/, and the transmittance was over 80%. From the results of J-V measurements in ITO/p-InP structure solar cells, the higher pressure of injected oxygen, the more open circuit voltage. The efficiency of ITO/p-InP solar cell without the grid line contact, prepared by the optimum evaporation conditions, was 7.19%. By using the grid line contact, the efficiency, the open circuit voltage, the short circuit current density, the fill factor, the series resistance, and the shunt resistance were 8.5%, 0.47V, 29.48 mAcm$\^$-2/ , 61.35%, 3.ohm., and 26.6k.ohm., respectively.

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Characteristics of ITO with surface treatment by N2, O2, Ar Plasma and UV (질소, 산소, 아르곤 플라즈마와 자외선에 의하여 표면 처리한 ITO의 특성)

  • Bae, Gyeong-Tae;Jeong, Seon-Yeong;Gang, Seong-Ho;Kim, Hyeon-Gi;Kim, Byeong-Jin;Ju, Seong-Hu
    • Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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    • 2018.06a
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    • pp.90-90
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    • 2018
  • 디스플레이는 다수의 가로 전극과 세로 전극으로 구성되고, 전극에 신호를 주어 동작하도록 하는 원리이다. 이 디스플레이에는 전기가 통하고 투명한 전극이 필수적으로 사용되고 있고, 대표적인 투명 전극으로 ITO (Indium Tin Oxide)가 있다. ITO 박막은 $In_2O_3$에 Sn을 첨가하여 $Sn^{4+}$ 이온이 $In^{3+}$ 이온을 치환하고 이 과정에서 잉여 전자가 전기전도에 기여하는 구조이다. ITO 박막은 표면 처리 방법에 따라 표면 상태가 크게 변화한다. 플라즈마를 이용한 표면 처리는 환경오염이 적으며 강도, 탄성률 등과 같은 재료의 기계적 특성을 변화시키지 않으면서 표면 특성만을 변화시킬 수 있는 방법으로 알려져 있다[1]. UV (Ultraviolet)를 조사한 표면처리는 ITO 표면의 탄소를 제거하고, 표면 쌍극자를 형성하며, 표면의 조성을 변화시킬 수 있으며, 페르미 에너지 준위를 이동시킬 수 있어 ITO의 일함수를 증가시킬 수 있다[2]. ITO에 대한 다양한 연구가 수행되었음에도 불구하고 보다 다양한 관점에서의 연구가 지속될 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 다양한 조건으로 표면 처리한 ITO 표면의 일함수, 면저항, 표면 형상, 평탄도, 접촉각 등에 대해 알아보고자 한다. 세정한 ITO, 세정 후 UV 처리한 ITO (UV 처리 시간 2분, 4분 6분, 8분), 세정 후 $N_2$, $O_2$, Ar의 공정 가스를 사용하여 Plasma 처리한 ITO로 표면 처리 조건을 변화하였다. 표면 처리한 ITO의 특성은 Kelvin Probe를 이용한 일함수, 물방울 형상의 각도를 측정한 접촉각, AFM (Atomic Force Microscope)을 이용한 평탄도, 가시광선 (380~780 nm) 파장에 대한 투과도와 면저항을 측정하였다. 접촉각은 세정한 ITO의 경우 $45.5^{\circ}$에서 세정 후 UV를 조사한 ITO의 경우 UV 8분 조사 시 $27.86^{\circ}$로 감소하였고, $N_2$, $O_2$, Ar 가스를 사용하여 Plasma 처리한 ITO는 모두 $10^{\circ}$ 미만을 나타내었다. 플라즈마 처리에 의하여 접촉각이 현저하게 개선되었다. ITO의 면저항은 표면 처리 조건에 따라 $9.620{\sim}9.903{\Omega}/{\square}$로 그 차이가 매우 적어 표면처리에 의하여 면저항의 변화는 없는 것으로 판단된다. 가시광선 영역에서의 투과도는 공정 조건에 따라 87.59 ~ 89.39%로 그 차이가 적어 표면처리에 의한 변화를 나타내지는 않은 것으로 판단된다. 표면 처리 조건에 따른 평탄도 $R_{rms}$는 세정한 ITO의 경우 4.501 nm로부터 UV 2, 4, 6, 8분 처리한 경우 2.797, 2.659, 2.538, 2.584 nm로 평탄도가 개선되었다. $N_2$, $O_2$, Ar 가스를 사용하여 플라즈마 처리한 ITO의 경우 평탄도 $R_{rms}$는 2.49, 4.715, 4.176 nm로 사용한 가스의 종류에 따라 다른 경향을 나타내었다. 표면 처리 조건에 따른 평탄도 Ra는 세정한 ITO의 경우 3.521 nm로부터 UV 2, 4, 6, 8분 처리한 경우 1.858, 1.967, 1.896, 1.942 nm를, $N_2$, $O_2$, Ar 가스를 사용하여 플라즈마 처리한 ITO의 경우는 1.744, 3.206, 3.251 nm로 평탄도 $R_{rms}$와 유사한 경향을 나타내었다.

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Effect of Annealing Temperature on the Properties of ITO/Au/ITO Films

  • Chae, Joo-Hyun;Kim, Dae-Il
    • Korean Journal of Materials Research
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    • v.19 no.2
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    • pp.108-110
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    • 2009
  • Transparent Sn-doped $In_2O_3$ (ITO) single-layer and ITO/Au/ITO multilayer films were deposited on glass substrates by reactive magnetron sputtering to compare the properties of the films. They were then annealed in a vacuum of $1{\times}10^{-2}\;Pa$ at temperatures ranging from 150 to $450^{\circ}C$ for 20 min to determine the effect of the annealing temperature on the properties of the films. As-deposited 100 nm thick ITO films exhibit a sheet resistance of $130{\Omega}/{\square}$ and optical transmittance of 77% at a wavelength length of 550 nm. By inserting a 5 nm-thick Au layer in ITO/metal/ITO (IMI) films, the sheet resistance was decreased to as low as $20{\Omega}/{\square}$ and the optical transmittance was decreased to as little as 73% at 550 nm. Post-deposition annealing of ITO/Au/ITO films led to considerably lower electrical resistivity and higher optical transparency. In the Xray diffraction pattern, as-deposited ITO films did not show any diffraction peak, whereas as-deposited ITO/ Au/ITO films have Au (222) and $In_2O_3$ (110) crystal planes. When the annealing temperature reached the 150 - $450^{\circ}C$ range, the both diffraction peak intensities increased significantly. A sheet resistance of $8{\Omega}/{\square}$ and an optical transmittance of 82% were obtained from the ITO/Au/ITO films annealed at $450^{\circ}C$.

Fabrication and Characterization of the ITO/Au/ITO Thin Film Gas Sensor by RF Magnetron Sputtering and electron Irradiation (RF 스퍼터와 전자빔 조사를 이용한 ITO/Au/ITO 가스센서 제조 및 특성 평가)

  • Heo, Sung-Bo;Lee, Hak-Min;Kim, Yu-Sung;Chae, Ju-Hyun;You, Yong-Zoo;Kim, Dae-Il
    • Journal of the Korean Society for Heat Treatment
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    • v.24 no.2
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    • pp.87-91
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    • 2011
  • Single layer Sn doped $In_2O_3$ (ITO) films and ITO 50 nm / Au 10 nm / ITO 40 nm (IAI) multilayer films were prepared with electron beam assisted magnetron sputtering on glass substrates. The effects of the Au interlayer, post-deposition atmosphere annealing and intense electron irradiation on the methanol gas sensitivity were investigated at room temperature. As deposited ITO films did not show any diffraction peaks in the XRD pattern, while the IAI films showed the diffraction peak for $In_2O_3$ (400). In this study, the gas sensitivity of ITO and IAI films increased proportionally with the methanol vapor concentration and an intense electron beam irradiated IAI film shows the higher sensitivity than the others film. From the XRD pattern, it is supposed that increased crystallization promotes the gas sensitivity. This approach is promising in gaining improvement in the performance of IAI gas sensors used for the detection of methanol vapor at room temperature.