• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2007.06a
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• pp.151-151
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• 2007

최근에 에피 성장된 ZnO는 UV-LED, 화학적-바이오센서와 투명전도 전극에 많은 관심을 받고 있다. 고 품질의 ZnO는 Metal-organic chemical vapor deposition(MOCVD), Pulsed laser deposition(PLD), molecular beam epitaxy(MBE), 그리고 마그네트론 스퍼터링법에 의해 성장이 이루어지고 있다. 대부분의 ZnO는 사파이어, 싫리콘과 같은 이종 기판 위에 성장되고 있으며, Heteroepitaxy로 성장된 ZnO 박막은 기판과 박막사이의 격자상수, 열팽창계수 차이로 인해 높은 결함 밀도를 보이고 있다. 이러한 문제점은 광전자 소자 응용에 있어 여러 가지 문제점을 야기 시킨다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 박막과 기판사이에 저온 버퍼층을 사용하거나 같은 물질의 버퍼층을 사용하여 결할 밀도를 감소시키고, 높은 결정성을 가진 ZnO 박막을 성장시킨 결과들이 많이 보고되어지고 있다. 본 연구에서는 마그네트론 스퍼터링 법으로 저온 버퍼층 성장 없이 성장온도 만을 달리 하여 고품질의 ZnO 박막을 성장시켰다. ZnO 박막은 c-sapphire 기판위에 ZnO(99.9999%)의 타겟을 사용하여 $600{\sim}800^{\circ}C$ 온도에서 성장시켰고, 스퍼터링 가스로는 아르곤과 산소를 2:1 비율로 혼합하여 15mtorr의 압력에서 성장하였다. 이렇게 성장시킨 ZnO 박막은 Transmission Electron Microscopy (TEM), High-Resolution X-ray Diffraction (HRXRD), Low-temperature PL, 그리고 Atomic Force Microscopy (AFM)로 특성을 분석 하였다. ZnO 박막은 HRXRD (002) 면의 $\omega$-rocking curve운석 결과, $0.083^{\circ}$의 작은 FEHM을 얻었고, (102) 면의 $\varphi$-sacn을 통해 온도가 증가함에 따라 향상된 6-fold을 확인함으로새 에피성장됨을 알 수 있었다. 또한 TEM분석을 통해 $800^{\circ}C$에서 성장된 박막은 $6.7{\times}10^9/cm^2$의 전위밀도를 얻을 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.330-332
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• 2013

소 분위기에서 플라즈마 표면 처리의 경우 기판 표면에 존재하는 수소와 탄소 유기물들이 산소와 반응하여 $H_2O$와 $CO_2$ 등으로 제거되며 표면에 오존 결합을 유도하여 표면 에너지를 증가시키는 것으로 알려져 있다. ZnO 나노구조물을 성장시키는 방법으로는 MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposited), PLD (Pulsed Laser Deposition), VLS (Vapor-Liquid-Solid), Sputtering, 습식화학합성법(Wet Chemical Method) 방법 등이 있다. 그중에서도 습식화학합성법은 쉽게 구성요소를 제어할 수 있고, 저비용 공정과 낮은 온도에서 성장 가능하며 플렉서블 소자에도 적용이 가능하다. 그러므로 본 연구에서는 플라즈마 표면처리에 따라 표면에너지를 변화하여 습식화학합성법으로 성장시킨 ZnO nanorods의 밀도를 제어하고 photolithography 공정 없이 패터닝 가능성을 유 무를 판단하는 연구를 진행하였다. 기판은 Si wafer (100)를 사용하였으며 세척 후 표면에너지 증가를 위한 플라즈마 표면처리를 실시하였다. 분위기 가스는 Ar/$O_2$를 사용하였으며 입력전압 400 W에서 0, 5, 10, 15, 60초 동안 각각 실시하였다. ZnO nanorods의 seed layer를 도포하기 위하여 Zinc acetate dehydrate [Zn $(CH_3COO)_2{\cdot}2H_2O$, 0.03 M]를 ethanol 50 ml에 용해시킨 후 스핀코팅기를 이용하여 850 RPM, 15초로 5회 실시하였으며 $80^{\circ}C$에서 5분간 건조하였다. ZnO rods의 성장은 Zinc nitrate hexahydrate [$Zn(NO_3)_2{\cdot}6H_2O$, 0.025M], HMT [$C6H_{12}N_4$, 0.025M]를 deionized water 250 ml에 용해시켜 hotplate에 올리고 $300^{\circ}C$에서 녹인 후 $200^{\circ}C$에서 3시간 성장시켰다. ZnO nanorods의 성장 공정은(Fig. 1)과 같다. 먼저 플라즈마 처리한 시편의 표면에너지 측정을 위해 접촉각 측정 장치[KRUSS, DSA100]를 이용하였다. 그 결과 0, 5, 10, 15, 60 초로 플라즈마 표면 처리했던 시편이 각각 Fig. l, 2와 같이 $79^{\circ}$, $43^{\circ}$, $11^{\circ}$, $6^{\circ}$, $7.8^{\circ}$로 측정되었으며 이것을 각각 습식화학합성법으로 ZnO nanorods를 성장 시켰을 때 Fig. 3과 같이 밀도 차이를 확인할 수 있었다. 이러한 결과를 바탕으로 기판의 표면에너지를 제어하여 Fig. 4와 같이 나타나며 photolithography 공정없이 ZnO nanorods를 패터닝을 할 수 있었다. 본 연구에서는 플라즈마 표면 처리를 통하여 표면에너지의 변화를 제어함으로써 ZnO nanorods 성장의 밀도 차이를 나타냈었다. 이러한 저비용, 저온 공정으로 $O_2$, CO, $H_2$, $H_2O$와 같은 다양한 화학종에 반응하는 ZnO를 이용한 플렉시블 화학센서에 응용 및 사용될 수 있고, 플렉시블 디스플레이 및 3D 디스플레이 소자에 활용 가능하다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.200-200
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• 2010

In recent times, metal oxide semiconductors thin films transistor (TFT), such as zinc and indium based oxide TFTs, have attracted considerable attention because of their several advantageous electrical and optical properties. There are many deposition methods for fabrication of ZnO-based materials such as chemical vapor deposition, RF/DC sputtering and pulsed laser deposition. However, these vacuum process require expensive equipment and result in high manufacturing costs. Also, the methods is difficult to fabricate various multicomponent oxide semiconductor. Recently, several groups report solution processed metal oxide TFTs for low cost and non vacuum process. In this study, we have newly developed solution-processed TFTs based on Ti-related multi-component transparent oxide, i. e., InTiO as the active layer. We propose new multicomponent oxide, Titanium indium oxide(TiInO), to fabricate the high performance TFT through the sol-gel method. We investigated the influence of relative compositions of Ti on the electrical properties. Indium nitrate hydrate [$In(NO^3).xH_2O$] and Titanium isobutoxide [$C_{16}H_{36}O_4Ti$] were dissolved in acetylacetone. Then monoethanolamine (MEA) and acetic acid ($CH_3COOH$) were added to the solution. The molar concentration of indium was kept as 0.1 mol concentration and the amount of Ti was varied according to weighting percent (0, 5, 10%). The complex solutions become clear and homogeneous after stirring for 24 hours. Heavily boron (p+) doped Si wafer with 100nm thermally grown $SiO_2$ serve as the gate and gate dielectric of the TFT, respectively. TiInO thin films were deposited using the sol-gel solution by the spin-coating method. After coating, the films annealed in a tube furnace at $500^{\circ}C$ for 1hour under oxygen ambient. The 5% Ti-doped InO TFT had a field-effect mobility $1.15cm^2/V{\cdot}S$, a threshold voltage of 4.73 V, an on/off current ratio grater than $10^7$, and a subthreshold slop of 0.49 V/dec. The 10% Ti-doped InO TFT had a field-effect mobility $1.03\;cm^2/V{\cdot}S$, a threshold voltage of 1.87 V, an on/off current ration grater than $10^7$, and a subthreshold slop of 0.67 V/dec.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.150-151
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• 2011

양자점 Laser Diode(LD)는 낮은 문턱전류, 높은 미분 이득을 갖으며 또한 온도변화에도 안정적이기 때문에 광통신분야에서 광원으로 양자점 LD를 사용하기 위한 연구가 계속되고 있다. 양자점은 fill factor가 낮기 때문에 양자점의 밀도를 높이거나 양자점을 적층 성장하여 fill factor를 높인다. 그러나 양자점을 적층 성장하면 각 층간의 응력, 수직적 결합, 전기적인 결합이 생기며 이는 양자점의 전기적, 광학적 특성에 영향을 미친다. 본 연구에서는 metal organic chemical vapor deposition (MOCVD)을 이용하여 InP기판 위에 자발성장 법으로 InAs 양자점을 다주기 성장하였으며 photoluminescence (PL)을 이용하여 광학적 특성을 분석하였다. precursor는 trimethylindium (TMI), trimethylgalium (TMGa), $PH_3$, $AsH_3$를 사용하였으며 carrier gas는 $H_2$를 사용하였다. InAs 양자점은 1100 nm의 파장을 갖는 InGaAsP barrier 위에 성장하였고, InAs와 InGaAsP의 성장온도는 $520^{\circ}C$이며 InAs 양자점 성장시 V/III 비는 3.66으로 일정하게 유지하였다. 그림 1은 양자점 성장시간을 0.11분으로 고정하여 3주기(A), 5주기(B), 8주기(C) 성장한 구조이며 그림 2는 양자점 성장시간을 3주기마다 0.01분씩 줄여가며 3주기는 0.11분${\times}$3(D), 6주기는 0.11분${\times}$3+0.10분${\times}$3(E), 9주기는 0.11분${\times}$3+0.10분${\times}$3+0.09분${\times}$3(F) 으로 성장한 성장구조이다. 각 성장한 시료는 PL을 이용하여 파장과 반치폭을 측정하였다. 그림 3은 양자점 성장시간을 고정한 시료 A, B, C의 PL파장과 PL반치폭 데이터이다. PL파장은 A, B, C 시료 각각 1504 nm, 1571 nm, 1702 nm이며 반치폭은 각각 140 meV, 140 meV, 150 meV이다. PL파장과 반치폭은 각각 3주기에서 6주기로 증가할 때 67 nm, 0 meV 6주기에서 9주기로 증가할 때는 131 nm, 10 meV 증가하였다. 다음 그림4는 양자점 성장시간을 조절하여 성장한 양자점 시료 D, E, F의 PL파장과 PL반치폭 데이터이다. PL파장은 D, E, F 시료 각각 1509 nm, 1556 nm, 1535 nm이며 반치폭은 각각 137 meV, 138 meV, 144 meV이다. PL파장과 반치폭은 각각 3주기에서 6주기로 증가할 때 47 nm, 1 meV 증가하였고, 6주기에서 9주기로 증가할 때는 21 nm 감소, 6 meV 증가하였다. 양자점 성장시간을 고정하여 다주기를 성장하였고 또 3주기마다 양자점 성장시간을 달리하여 다주기를 성장하였으며 PL을 이용해 광학적 특성을 연구하였다. 성장된 양자점의 PL 파장과 PL 반치폭 변화를 통해 적층구조에서 성장 주기가 늘어날수록 양자점의 크기가 증가하는 것을 확인하였고 또한 적층성장을 할 때 양자점 성장시간을 줄임으로써 양자점의 크기 변화를 제어 할 수 있었다.