• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제9권4호
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• pp.308-319
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• 2018

Single step electrodeposition of $Cu_2ZnSnS_4$ (CZTS) for solar cell applications was studied using an aqueous thiocyanate based electrolyte. The sodium thiocyanate complexing agent was found to decrease the difference in the deposition potential of the elements. X-ray diffraction analysis of the samples indicates the formation of kesterite phase CZTS. UV-vis studies reveal the band gap of the deposits to be in the range of 1.2 - 1.5 eV. The thickness of the deposit was found to decrease with increase in pH of the electrolyte. Nearly stoichiometric composition was obtained for CZTS films coated at pH 2 and 2.5. I-V characterization of the film with indium tin oxide (ITO) substrate in the presence and the absence of light source indicate that the resistance decrease significantly in the presence of light indicating suitability of the deposits for solar cell applications. Results of electrochemical impedance spectroscopic studies reveal that the cathodic process for sulfur reduction is the slowest among all the elements.

• Electronic Materials Letters
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• 제14권6호
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• pp.749-754
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• 2018

Previous studies have reported on the mechanical robustness and chemical stability of flexible amorphous indium gallium zinc oxide (a-IGZO) thin-film transistors (TFTs) on plastic substrates both in flat and curved states. In this study, we investigate how the polyimide (PI) substrate affects hydrogen concentration in the a-IGZO layer, which subsequently influences the device performance and stability under bias-temperature-stress. Hydrogen increases the carrier concentration in the active layer, but it also electrically deactivates intrinsic defects depending on its concentration. The influence of hydrogen varies between the TFTs fabricated on a glass substrate to those on a PI substrate. Hydrogen concentration is 5% lower in devices on a PI substrate after annealing, which increases the hysteresis characteristics from 0.22 to 0.55 V and also the threshold voltage shift under positive bias temperature stress by 2 ${\times}$ compared to the devices on a glass substrate. Hence, the analysis and control of hydrogen flux is crucial to maintaining good device performance and stability of a-IGZO TFTs.

• Journal of the Semiconductor & Display Technology
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• 제16권2호
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• pp.66-69
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• 2017

In this paper, solution based Indium Zinc Oxide thin film transistors (IZO TFTs) were fabricated with PVP gate dielectric. To enhance the electrical properties, UV-O3 treatment is proposed on solution based IZO TFTs. The gate leakage current and interface trap density is compatible with conventional ZnO-based TFT with inorganic gate insulator. Especially, the UV-treated device shows improved electrical characteristics compared to the untreated device. These results can be explained by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis, which shows that the oxygen vacancy of UV-O3 treatment is higher than that of no treatment.

• Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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• 제18권5호
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• pp.1149-1154
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• 2014

To observe the tunneling phenomenon of oxide semiconductor transistor, The Indium-gallum-zinc-oxide thin film transistors deposited on SiOC as a gate insulator was prepared. The interface characteristics between a dielectric and channel were changed in according to the properties of SiOC dielectric materials. The transfer characteristics of a drain-source current ($I_{DS}$) and gate-source voltage ($V_{GS}$) showed the ambipolar or unipolar features according to the Schottky or Ohmic contacts. The ambipolar transfer characteristics was obtained at a transistor with Schottky contact in a range of ${\pm}1V$ bias voltage. However, the unipolar transfer characteristics was shown in a transistor with Ohmic contact by the electron trapping conduction. Moreover, it was improved the on/off switching in a ambipolar transistor by the tunneling phenomenon.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 대한전기학회 2009년도 제40회 하계학술대회
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• pp.1096_1097
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• 2009

Aluminium doped zinc oxide(ZnO:Al) thin film, which is mainly used as a transparent conducting electrode in electronic devices, has many advantages compared with conventional indium tin oxide(ITO). In this paper in order to investigate the possible application of ZnO:Al thin films as a transparent conducting electrode for flexible film-typed dye sensitized solar cell (FT-DSCs), ZnO:Al and ITO thin films were prepared on the polyethylene terephthalate (PET) substrate by r. f. magnetron sputtering method. Specially one-inched FT-DSCs using either a ZnO:Al or ITO electrode were also fabricated separately under the same manufacturing conditions. Some properties of both the FT-DSCs with ZnO:Al and ITO transparent electrodes, such as conversion efficiency, fill factor, and photocurrent were measured and compared with each other. The results showed that by doping the ZnO target with 2 wt% of $Al_2O_3$, the film deposited at discharge power of 200W resulted in the minimum resistivity of $2.2\times10^{-3}\Omega/cm$ and at ransmittance of 91.7%, which are comparable with those of commercially available ITO. Two types of FT-DSCs showed nearly the same tendency of I-V characteristics and the same value of conversion efficiencies. Efficiency of FT-DSCs using ZnO:Al electrode was around 2.6% and that of fabricated FT-DSCs using ITO was 2.5%. This means that ZnO:Al thin film can be used in FT-DSCs as a transparent conducting layer.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제15권5호
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• pp.519-525
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• 2015

Positive bias stress-induced instability in amorphous indium-gallium-zinc-oxide (a-IGZO) bottom-gate thin-film transistors (TFTs) was investigated under high $V_{GS}$/low $V_{DS}$ and low $V_{GS}$/high $V_{DS}$ stress conditions through incorporating a forward/reverse $V_{GS}$ sweep and a low/high $V_{DS}$ read-out conditions. Our results showed that the electron trapping into the gate insulator dominantly occurs when high $V_{GS}$/low $V_{DS}$ stress is applied. On the other hand, when low $V_{GS}$/high $V_{DS}$ stress is applied, it was found that holes are uniformly trapped into the etch stopper and electrons are locally trapped into the gate insulator simultaneously. During a recovery after the high $V_{GS}$/low $V_{DS}$ stress, the trapped electrons were detrapped from the gate insulator. In the case of recovery after the low $V_{GS}$/high $V_{DS}$ stress, it was observed that the electrons in the gate insulator diffuse to a direction toward the source electrode and the holes were detrapped to out of the etch stopper. Also, we found that the potential profile in the a-IGZO bottom-gate TFT becomes complicatedly modulated during the positive $V_{GS}/V_{DS}$ stress and the recovery causing various threshold voltages and subthreshold swings under various read-out conditions, and this modulation needs to be fully considered in the design of oxide TFT-based active matrix organic light emitting diode display backplane.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.439-439
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• 2012

ZnO 나노로드는 큰 밴드갭 에너지(~3.37 eV)와 60 meV의 높은 엑시톤 결합 에너지(exciton binding energy)를 갖고 있으며, 우수한 전기적, 광학적 특성을 지닌 1차원 나노구조의 금속산화물로서 태양전지 및 광전소자 널리 응용되고 있다. 이러한 ZnO 나노로드를 성장하는 방법 중에 전기화학증착법(electrochemical deposition method)은 전도성 물질위에 증착된 시드층(seed layer)을 성장용액에 담그어 전압을 인가하여 만들기 때문에 기존의 수열합성법(hydrothermal method), 졸-겔 법(sol-gel method)보다 비교적 간단한 공정과정으로 저온에서 빠르게 물질을 성장시킬 수 있는 장점이 있다. 한편, 디스플레이 산업에서 ITO (indium tin oxide)는 투명 전도성 산화물(transparent conductive oxide)로써 가시광 파장영역에서 높은 투과율과 전도성을 가지며, 액정디스플레이, LED (Light emitting diode), 태양전지 등의 다양한 소자에 투명전극 재료로 쓰이고 있다. 또한 최근 ITO를 유연한 PET (polyethylene terephthalate) 기판 위에 증착은 얇고, 가볍고, 휘어지기 쉬워 휴대하기 편하기 때문에 차세대 광전자소자 응용에 가능성이 크다. 본 연구에서는 ZnO 나노로드를 ITO/PET 기판위에 전기화학증착법으로 성장하여, 구조적 및 광학적 특성을 분석하였다. 시드층을 형성하기 위해 RF 마그네트론 스퍼터를 이용하여 ~20 nm 두께의 ZnO 박막을 증착시킨 후, zinc nitrate와 hexamethylenetetramine이 포함된 수용액에 시료를 담그어 전압을 인가하였다. 용액의 농도와 인가전압을 조절하여 여러 가지 성장조건에 대한 ZnO 나노로드의 구조적, 광학적 특성을 비교하였다. 성장된 시료의 형태와 결정성을 조사하기 위해, field-emission scanning electron microscope (FE-SEM), X-ray diffraction (XRD)을 사용하였으며, UV-vis-NIS spectrophotometer, photoluminescence (PL) 측정장비를 사용하여 광학적 특성을 분석하였다.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• 제26권3호
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• pp.59-62
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• 2019

In this study, we have developed solution-processed, F-doped In-Ga-Zn-O semiconductors and investigated their applications to thin-film transistors. In order for forming the appropriate channel layer, precursor solutions were formulated by dissolving the metal salts in the designated solvent and an additive, ammonium fluoride, was incorporated additionally as a chemical modifier. We have studied thermal and chemical contributions by a thermal annealing and an incorporation of chemical modifier, from which it was revealed that electrical performances of the thin-film transistors comprising the channel layer annealed at a low temperature can be improved significantly along with an addition of ammonium fluoride. As a result, when the 20 mol% fluorine was incorporated into the semiconductor layer, electrical characteristics were accomplished with a field-effect mobility of $1.2cm^2/V{\cdot}sec$ and an $I_{on}/_{off}$ of $7{\times}10^6$.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.337-337
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• 2014

투명 전도성 산화물(transparent conductive oxide: TCO) 박막은 높은 투과율과 낮은 비저항 덕분에 LCD (liquid crystal display), PDP (plasma display panel), OLED (organic light emitting display) 등 평판 디스플레이에 널리 사용되고 있다. 현재 양산되고 있는 ITO (indium tin oxide)는 90% 이상의 높은 투과율과 우수한 전도성으로 인해 TCO 박막 가운데서 디스플레이 산업에서 가장 널리 쓰이고 있다. 그런데, ITO의 인듐산화물에 의한 간질성 폐렴(interstitial pneumonia)의 유발 위험이 있다든가, 인듐의 매장량이 적어 원자재 가격이 비싼 단점도 가지고 있다. 이에 최근 ITO를 대체할 수 있는 TCO물질로 많은 연구가 이루어지고 있는데, 특히 AZO (aluminum-doped zinc oxide)는 그 중 대표적인 대체물질로서 독성이 없고 가격도 저렴하여 많은 관심이 증폭되고 있다. 현재 AZO는 sol-gel 방법이나 CVD (chemical vapor deposition) 또는 스퍼터링 방법 등으로 증착되고 있다. 본 연구에서는 두 개의 이종타겟(hetero target)을 장착한 대향 타겟 스퍼터링(facing target sputtering: FTS) 장치를 사용하여 AZO 박막을 제작한다. 기존의 여러 증착법과 달리, FTS 장치는 두 타겟 사이에 형성되는 플라즈마 내의 ${\gamma}$-전자를 구속하게 되며, 낮은 가스 압력에서 고밀도 플라즈마가 생성되어 빠른 증착 속도와 안정적인 방전을 유지한 상태에서 박막을 증착할 수가 있다. 또한 기판과 플라즈마가 이격되어 있어 높은 에너지를 갖는 입자들의 기판 충돌을 억제할 수 있는 장점들을 갖는다. 이종 타겟인 ZnO와 Al2O3를 사용하고 각 타겟에 인가되는 파워 변화를 통해 AZO 박막 내 Al2O3의 성분비를 조절하였다. ZnO 타겟의 증착 파워를 100 W로 고정할 경우, Al2O3 타겟의 증착 파워가 (50~90) W으로 실험을 하였으며, Al2O3 타겟의 증착 파워가 70 W일 때 AZO 박막의 Al2O3 성분비는 2.02 wt.%이며 박막의 비저항 값은 $5{\times}10^{-4}{\Omega}{\cdot}cm$로 최소값을 보였다. 이러한 비저항의 변화는 파워에 따른 AZO 박막의 캐리어 이동도(Hall mobility)와 캐리어의 농도(Carrier Concentration)의 변화와 밀접한 관계가 있음을 보여주며, 특히 AZO 박막의 캐리어 농도와 캐리어 이동도는 AZO 박막을 형성하고 있는 결정립의 크기에 의존하는 것이 X-선 회절 패턴과 SEM으로부터 확인되었다. 특히, 본 연구에서는 두 개의 이종 타겟(hetero target) Al2O3와 ZnO를 장착하고 각각의 파워를 변화시켜 도핑 량을 조절할 수는 대향 타겟 스퍼터링(FTS: facing-target sputtering) 방법을 이용하여 제작된 AZO 박막에 대해 전기적, 광학적 및 구조적 특성을 분석하고 ITO의 대체물로서의 가능성을 검토하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.591-591
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• 2012

본 연구는 Transparent conducting oxide (TCO, 산화물투명전극)를 이용한 박막태양전지 효율향상에 관한 것으로, 이중의 TCO층(Double-stacked TCO layer)의 효과적인 광학 및 전기적 설계에 관한 것이다. 기존 박막 태양전지에서는 투명전극 TCO layer로서, ITO (Indium-Tin-Oxide), FTO (Fluorine- Tin-Oxide), 및 AZO(Aluminum-doped Zinc Oxide) 등을 사용해 왔다. 각 TCO layer마다 장점이 있지만 단점 또한 존재한다. ITO의 경우 높은 전기적 특성을 가지는 반면 수소 플라즈마에 취약하고 기계적 강도에 취약해 ITO 단일층만으로 박막 태양전지에 적용하는 것에 제한을 받는다. 한편, AZO의 경우 전기적 특성도 우수할 뿐만 아니라 수소 플라즈마에도 내구성이 강한 장점이 있지만, 일함수가 p형 반도체보다 낮아 Schottky junction이 되어, 높은 전위장벽이 형성된다. 이는 정공의 이동을 방해하고, 정공의 축적이 일어나서 순방향 전압을 인가할 때 많은 전류의 감소를 가져온다. 또한, AZO와 p형 반도체 사이의 높은 직렬저항으로 인해 광전압(Voc, Open circuit voltage)와 충실률 (FF, Fill factor)가 떨어진다는 단점이 있다. 본 실험에서는 ITO/AZO 2중구조의 TCO층을 적용하여 상기의 문제점을 해결하고자 한다. 이중 구조 TCO층은 Magnetron sputter system을 이용하여, 단계적으로 증착되었다. 빛이 입사하는 유리에 ITO를 제1전도층으로 증착하였는데, ITO는 입사광의 투과도와 전기전도성이 우수하다. 제2전도층으로는 AZO층을 이용하였으며, 실리콘 반도체층과 접하게 된다. AZO는 실리콘 증착시 발생하는 수소 플라즈마에 안정적이고, 물리적 강도 또한 우수한 장점이 있다. 이중 구조층위에 실리콘 광흡수층(Si absorber)을 증착하였으며, pin 구조를 가진다. 기존, 단일막 TCO층과 2중구조 TCO층을 이용하여, 실리콘 박막 태양전지를 구성하였다. 이때, ITO/AZO의 2중구조를 적용하였을 때 태양 전지 특성이 크게 향상된 결과를 얻을 수가 있었다. 특히, 전류밀도의 경우 ITO, FTO, AZO 각각 14.5 mA/cm2, 11.2 mA/cm2, 8.18 mA/cm2를 나타낸 반면 ITO/AZO 2중구조의 경우 약 17mA/cm2 로 크게 향상 되었고, 태양전지 변환 효율도 각각 7.5%, 6.9%, 4%에서 ITO/AZO 2중 구조의 경우 8.05%로 크게 향상되었다. 본 발표에서는 2중구조 TCO를 이용한 현공정에 적용 가능한 박막태양전지 효율향상 기법에 대해 논의하고자 한다.