• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.424-424
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• 2012

나노 구조의 반도성 산화물은 독특한 구조적 특성으로 전기적, 광학적 특성을 향상 시킬 수 있다. 현재 연구되고 있는 나노 구조의 반도성 산화물 중 Zinc oxide (ZnO)는 3.37 eV의 bandgap를 갖는 wurtzite 구조체로서 상온에서 60 meV의 exciton binding energy 등 우수한 특성으로 인하여 최근 많이 연구되고 있다. 특히 단파장 light emitting diode 재료로써 기대를 모으고 있는데, 이를 실현하기 위한 가장 큰 문제점이 바로 안정적인 p-type ZnO 박막의 제조이다. 지금까지 알려진 바에 따르면 P를 doping한 후 급속 열처리한 경우 p-type의 전기전도도를 갖는 ZnO 박막을 제조할 수 있다고 보고되어 있으나 vacancy 농도에 따른 불안정적인 요소가 해결해야 할 문제로 남아 있다. 최근 Ag를 doping 시킨 ZnO 박막의 p-type 반도체로서 가능성에 대한 보고가 제기되고 있다. 합성 방법과 조건에 따라서 수 nm에서 수십 또는 수백 nm 크기의 구형 입자나, 리본, 와이어, 로드 그리고 꽃모영 등 다양한 형상을 갖는 나노 구조체를 합성 할 수 있다. 본 연구에서는 ZnO:Ag 박막을 radio-frequency sputtering 방법으로 증착하여 그 물성을 분석하였다. 보통의 sputtering 증착법에서 사용되는 sintering된 타겟과 달리 본 실험은 분말 타겟을 이용하여 박막을 증착하였다. 타겟은 95 wt% ZnO와 5 wt% Ag를 서로 혼합하여 제조하였다. 본 발표에서는 박막의 증착압력 및 증착 온도의 변화에 따른 ZnO:Ag 박막의 구조적, 광학적 특성에 대하여 논의 할 것이다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2007년도 하계학술대회 논문집 Vol.8
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• pp.177-177
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• 2007

ZnO는 3.36eV의 넓은 밴드캡을 가지는 II-IV족 반도체로써 태양전지, LED와 같은 광학적 소자로 이용이 기대가 되는 물질이다. 더욱이, 상온에서의 60meV에 해당하는 큰 엑시톤 에너지와 밴드캡 에지니어링이 가능하다는 장점 때문에 광학적 소자로 널리 이용되고 있는 GaN을 대체할 수 있는 물질로 주목을 받고 있다. 하지만, p-type ZnO는 형성이 어렵고 낮은 이동도와 케리어 농도의 특성을 보이고, 대기 중에 장시간 노출할 경우 n-type ZnO의 특성으로 돌아가는 불안정성을 보이고 있다. 최근에 몇몇의 연구자들에 의해 V족의 원소인 P(phosphorous), N(nitrogen), As(arsenic))를 도핑하여 p-type ZnO의 형성에 대한 논문이 발표되고 있다. 또한, V족 원소 중에 P는 p-type ZnO 형성에 효과적인 도핑 물질로 보고되 고 있다. 본 연구는 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 다양한 온도에서 성장된 P도핑 ZnO 박막의 특성에 대해 연구하였다. P도핑된 ZnO 박막은 사파이어 기판에 buffer층을 사용한 Insulator 특성의 ZnO박막위에 400, 500, 600, $700^{\circ}C$에서 성장되 었다. 박막의 특성 분석에는 325nm의 파장을 가지는 He-Cd의 레이져 광원을 사용하여 10K의 저온 PL과 0.5T의 자기장을 사용한 van der Pauw configuration에 의한 Hall effect측정, 그리고 결정성 분석에는 XRD와 TEM을 이용하였다. 상온 Hall-effect 측정 결과, $400{\sim}600^{\circ}C$ 에서 성장된 박막은 n-type의 특성을 보였고, $700^{\circ}C$에서 성장된 Phosphorous 도핑 ZnO박막은 $1.19{\times}10^{17}$의 캐리어 농도를 가지는 p-type의 특성을 보였다. 그리고 XRD분석과 TEM분석을 통하여 박막의 성장온도가 증가 할수록 P도핑된 ZnO박막의 결정성이 향상되는 것을 알 수 있었다. 또한 10K의 저온 PL분석을 통해 p도핑에 의한 액셉터에 관련된 피크들을 관찰할 수 있었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제8권5호
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• pp.1057-1061
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• 2007

본 연구에서는 AlAs와 ZnO target을 사용하여 RF magnetron sputtering 시스템에서 layer-by-layer 방법으로 증착한 ZnO 박막의 특성에 대하여 조사하였다. 또한 열처리 전에 $H_2O_2$용액을 사용한 처리가 박막 특성에 미치는 영향도 조사하였다. 연구 결과 열처리 조건에 따라 n-형 또는 p-형 박막이 형성되는 것으로 관찰되었다. 이러한 결과는 박막의 전도 형태를 임의로 수정할 수 있음을 의미하는 동시에 박막 특성의 열적 불안정성을 암시하는 것이기도 하다. 144시간까지 스트레스를 인가한 후 측정한 박막 특성 결과 열처리 과정 중 발생하는 이러한 박막 특성 변화는 열처리 전 박막을 30% $H_2O_2$용액에 1분간 처리함으로써 억제할 수 있는 것으로 관찰되었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.297.2-297.2
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• 2013

Scavenging electricity from wasteful energy resources is currently an important issue and piezoelectric nanogenerators (NGs) based on zinc oxide (ZnO) are promising energy harvesters that can be adapted to various portable, wearable, self-powered electronic devices. Although ZnO has several advantages for NGs, the piezoelectric semiconductor material ZnO generate an intrinsic piezoelectric potential of a few volts as a result of its mechanical deformation. As grown, ZnO is usually n-type, a property that was historically ascribed to native defects. Oxygen vacancies (Vo) that work as donors exist in ZnO thin film and usually screen some parts of the piezoelectric potential. Consequently, the ZnO NGs' piezoelectric power cannot reach to its theoretical value, and thus decreasing the effect from Vo is essential. In the present study, c-axis oriented insulator-like sputtered ZnO thin films were grown in various temperatures to fabricate an optimized nanogenerator (NGs). The purity and crystalinity of ZnO were investigated with photoluminescence (PL). Moreover, by introducing a p-type polymer usually used in organic solar cell, it was discussed how piezoelectric passivation effect works in ZnO thin films having different types of defects. Prepared ZnO thin films have both Zn vacancies (accepter like) and oxygen vacancies (donor like). It generates output voltage 20 time lager than n-type dominant semiconducting ZnO thin film without p-type polymer conjugating. The enhancement is due to the internal accepter like point defects, zinc vacancies (VZn). When the more VZn concentration increases, the more chances to prevent piezoelectric potential screening effects are occurred, consequently, the output voltage is enhanced. Moreover, by passivating remained effective oxygen vacancies by p-type polymers, we demonstrated further power enhancement.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.256-256
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• 2010

투명전극부터 디스플레이 산업에 이르기까지 광범위하게 응용되어지고 있고 개발되어지고 있는 투명전도산화물(TCO)은 ZnO, In2O3, SnO2 등을 기본으로 하는 n-type 재료가 대부분이다. 그러나 투명전도 산화물을 이용한 light emitting diode(LED), 투명한 태양전지, p-형 TFT와 같은 투명전자소자의 개발을 위해서는 p-type 소재가 필수적이다. p-type TCO 소재는 비교적 연구 개발 실적이 매우 부진한 실정이었다. 1997년 넓은 밴드갭을 가지는 ABO2(delafossite) 산화물이 p-type으로서 안정적이라는 것을 보고함에 따라 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 현재 ABO2 형태를 가진 Delafossite구조 산화물이 가장 유망한 p-type 투명전도체 소재로 거론되고 있다. Delafossite 구조가 p-type 투명전도체에 적합한 결정구조인 이유는 밴드갭이 넓고 공유결합에 유리하기 때문이다. Delafossite구조는 상온에서 2종류의 polytype(상온에서 Rhombohedaral구조와 hexagonal 구조)이 존재하며 이들은 각각 3R 및 2H의 결정 구조를 가지고 있다. ABO2의 delafossite구조에서 Cu+의 배열은 c-축을 따라 Cu-O-Cr-O-Cu의 연속적인 층 구조로서 2차원연결로 보여 진다. 보고된 Cu- base delafossite구조를 가지는 재료들은 CuAlO2, CuGaO2, CuInO2 등 여러가지가 있다. 본 연구에서는 PLD를 이용하여 c-plane 사파이어 기판위에 성장된 delafossite구조인 CuCrO2박막의 특성을 알아보았다. p-type 특성을 위하여 CuCrO2에 Zn를 첨가하였으며 그에 따른 구조적 전기적 특성을 조사하였다. 성장온도와 산소분압을 $500{\sim}700^{\circ}C$, 0~10mTorr로 변화시켜 특성을 연구하였다. 성장온도 $700^{\circ}C$, 산소분압 10mTorr에서 c-plane 사파이어 기판위에 c-축 배향의 에피성장된 CuCrO2:Zn 박막을 얻을 수 있었다. Mg를 도핑함에 따른 p-type 특성보다 현저히 떨어지는 것을 확인하였다. 또한 동일한 조건임에도 특정한 이차상의 존재를 통해 도핑된 Zn의 위치를 추측할 수 있었다. 온도와 분압에 따른 결정성과 표면상태를 SEM을 통해서 확인하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2007년도 하계학술대회 논문집 Vol.8
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• pp.367-368
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• 2007

To investigate the 2nO thin films which are interested in the next generation of short wavelength LEDs and Lasers and UV photodetector with p-type inversion layer, the ZnO thin films were deposited by RF sputtering system. Gas ratios and work pressure is Ar : $O_2$ = 4 : 1 and 15 mTorr, respectively, and the purity of ZnO target is 5N. The ZnO thin films were deposited at 300, 450, and $650^{\circ}C$. The current-voltage, responsivity and quantum efficiency of devices were studied and compared with each devices.

• 한국정보디스플레이학회:학술대회논문집
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• 한국정보디스플레이학회 2007년도 7th International Meeting on Information Display 제7권2호
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• pp.1622-1624
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• 2007

In order to realize effective p-type doping in ZnO thin films, ZnO films were deposited on P-doped Silayers by RF-magnetron sputter deposition technique and annealed at various temperatures. The result indicated that ZnO film annealed at $700^{\circ}C$ showed p-type conduction with a high carrier concentration in the order of $10^{19}\;cm^{-3}$.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2008년도 추계학술대회 논문집 Vol.21
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• pp.50-50
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• 2008

ZnO has been extensively studied for optoelectronic applications such as blue and ultraviolet (UV) light emitters and detectors, because it has a wide band gap (3.37 eV) anda large exciton binding energy of ~60 meV over GaN (~26 meV). However, the fabrication of the light emitting devices using ZnO homojunctions is suffered from the lack of reproducibility of the p-type ZnO with high hall concentration and mobility. Thus, the ZnO-based p-n heterojunction light emitting diode (LED) using p-Si and p-GaN would be expected to exhibit stable device performance compared to the homojunction LED. The n-ZnO/p-GaN heterostructure is a good candidate for ZnO-based heterojunction LEDs because of their similar physical properties and the reproducibleavailability of p-type GaN. Especially, the reduced lattice mismatch (~1.8 %) and similar crystal structure result in the advantage of acquiring high performance LED devices with low defect density. However, the electroluminescence (EL) of the device using n-ZnO/p-GaN heterojunctions shows the blue and greenish emissions, which are attributed to the emission from the p-GaN and deep-level defects. In this work, the n-ZnO:Ga/p-GaN:Mg heterojunction light emitting diodes (LEDs) were fabricated at different growth temperatures and carrier concentrations in the n-type region. The effects of the growth temperature and carrier concentration on the electrical and emission properties were investigated. The I-V and the EL results showed that the device performance of the heterostructure LEDs, such as turn-on voltage and true ultraviolet emission, developed through the insertion of a thin intrinsic layer between n-ZnO:Ga and p-GaN:Mg. This observation was attributed to a lowering of the energy barriers for the supply of electrons and holes into intrinsic ZnO, and recombination in the intrinsic ZnO with the absence of deep level emission.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.266.2-266.2
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• 2016

최근 디스플레이 산업의 확대에 따라 투명 전도 산화물(Transparent Conducting Oxides:TCOs)의 수요가 급증하고 있다. 이 중 ZnO는 wide bandgap (3.37eV)와 large exciton binding energy (60meV)의 값을 가져 차세대 투명 전도 산화물, LED와 LD 등의 소자 소재로 각광받고 있다. ZnO는 electron을 내어놓는 native defect 때문에 기본적으로 n-type 물성을 띈다. 그래서 dopant를 이용해 p-type ZnO를 제작할 때 native defect를 줄이는 것이 중요한 요점이 된다. 이 때 buffer layer를 사용하여 native defect를 줄이는 방법이 사용되고 있다. 본연구에서는 RF-magnetron sputtering법을 이용하여 c-plane sapphire 기판 위에 다양한 조건의 ZnO buffer layer를 증착하고, 그 위에 ZnO:(Al,P) co-doping한 APZO를 증착하였다. ZnO buffer layer 증착조건의 변수는 증착온도와 Ar:O2의 비율을 변수로 두었다. 이러한 박막을 FE-SEM, XRD, Hall effect measurement, AFM을 통하여 미세구조와 물성을 관찰하였다. 이 때 APZO보다 낮은 증착온도에서 ZnO buffer layer가 증착되면 APZO를 증착하는 동안 chamber 내부에서 열처리하는 효과를 얻게 되고, UHV(Ultra High Vaccum)에서 열처리 될 때 ZnO buffer layer의 mophology와 결정성이 변하게 되는 모습을 관찰아혔다. 또한 본 실험을 통해 ZnO buffer layer의 증착 온도가 APZO의 증착온도보다 높을 때 제어 가능한 실험이 됨을 확인 할 수 있었다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2006년도 하계학술대회 논문집 Vol.7
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• pp.144-145
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• 2006

ZnO is a promising material to make high efficiency violet or blue light emitting diodes (LEDs) for its large binding energy (60meV) and big bandgap. But the high quality p-type conduction of ZnO is a dilemma to achieve LEDs with it. In present study, we presented a reliable method to prepare ZnO thin films on (100)silicon substrates by RF magnetron sputtering in the mixture ambient of $N_2$ and $O_2$, accompanying with low pressure annealing in the sputtering chamber in $O_2$ at $600^{\circ}C$ and $800^{\circ}C$ respectively. X-ray diffraction and Hail effect with Van der Paul method were performed to test ZnO films. Seeback effect was also carried out to identify carrier types in ZnO films and showed the N-doped ZnO film annealed at $800^{\circ}C$ had achieved p-type conduction.