• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.144-144
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• 2012

최근 폴리머를 기판으로 하는 고속 Flexible TFT (Thin film transistor)나 고효율의 박막 태양전지(Thin film solar cell)를 실현시키기 위해 낮은 비저항(resistivity)을 가지며, 높은 홀 속도(carrier hall mobility)와 긴 이동거리를 가지는 다결정 반도체 박막(poly-crystalline semiconductor thin film)을 만들고자 하고 있다. 지금까지 다결정 박막 반도체를 만들기 위해서는 비교적 높은 온도에서 장시간의 열처리가 필요했으며, 이는 폴리머 기판의 문제점을 야기시킬 뿐 아니라 공정시간이 길다는 단점이 있었다. 이에 반도체 박막의 재결정화 온도를 낮추어 주는 metal (Al, Ni, Co, Cu, Ag, Pd, etc.)을 이용하여 결정화시키는 방법(MIC)이 많이 연구되어지고 있지만, 이 또한 재결정화가 이루어진 반도체 박막 안에 잔류 금속(residual metal)이 존재하게 되어 비저항을 높이고, 홀 속도와 이동거리를 감소시키는 단점이 있다. 이에 본 실험은, 종래의 MIC 결정화 방법에서 이용되어진 금속 증착막을 이용하는 대신, HIPIMS (High power impulse magnetron sputtering)와 PIII&D (Plasma immersion ion implantation and deposition) 공정을 복합시킨 방법으로 적은 양의 알루미늄을 이온주입함으로써 재결정화 온도를 낮추었을 뿐 아니라, 잔류하는 금속의 양도 매우 적은 다결정 반도체 박막을 만들 수 있었다. 분석 장비로는 박막의 결정화도를 측정하기 위해 GIXRD (Glazing incident x-ray diffraction analysis)와 Raman 분광분석법을 사용하였고, 잔류하는 금속의 양과 화학적 결합 상태를 알아보기 위해 XPS (X-ray photoelectron spectroscopy)를 통한 분석을 하였다. 또한, 표면 상태와 막의 성장 상태를 확인하기 위하여 HRTEM(High resolution transmission electron microscopy)를 통하여 관찰하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.127-127
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• 2011

We investigate the transparent TFTs using a transparent ZnSnO3 (ZTO)/Ag/ZTO multilayer electrode as S/D electrodes with low resistivity of $3.24{\times}10^{-5}$ ohm-cm, and high transparency of 86.29% in ZTO based TFTs. The Transparent TFTs (TTFTs) are prepared on glass substrate coated 100 nm of ITO thin film. On atomic layer deposited $Al_2\;O_3$, 50 nm ZTO layer is deposited by RF magnetron sputtering through a shadow mask for channel layer using ZTO target with 1 : 1 molar ratio of ZnO : $SnO_2$. The power of 100W, the working pressure of 2mTorr, and the gas flow of Ar 20 sccm during the ZTO deposition. After channel layer deposition, a ZTO (35 nm)/Ag (12 nm)/ZTO(35 nm) multilayer is deposited by DC/RF magnetron sputtering to form transparent S/D electrodes which are patterned through the shadow mask. Devices are annealed in air at 300$^{\circ}C$ for 30 min following ZTO deposition. Using UV/Visible spectrometer, the optical transmittances of the TTFT using ZTO/Ag/ ZTO multilayer electrodes are compared with TFT using Mo electrode. The structural properties of ZTO based TTFT with ZTO/Ag/ZTO multilayer electrodes are analyzed by high resolution transmission electron microscopy (HREM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The transfer and output characterization of ZTO TTFTs are examined by a customized probe station with HP4145B system in are.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.106-106
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• 2011

Recently, zinc oxide (ZnO) thin films have attracted great attention as a promising candidate for various electronic applications such as transparent electrodes, thin film transistors, and optoelectronic devices. ZnO thin films have a wide band gap energy of 3.37 eV and transparency in visible region. Moreover, ZnO thin films can be deposited in a poly-crystalline form even at room temperature, extending the choice of substrates including even plastics. Therefore, it is possible to realize thin film transistors by using ZnO thin films as the active channel layer. In this work, we investigated influence of oxygen partial pressure on ZnO thin films and fabricated ZnO-based thin film transistors. ZnO thin films were deposited on glass substrates by using a pulsed laser deposition technique in various oxygen partial pressures from 20 to 100 mTorr at room temperature. X-ray diffraction (XRD), transmission line method (TLM), and UV-Vis spectroscopy were employed to study the structural, electrical, and optical properties of the ZnO thin films. As a result, 80 mTorr was optimal condition for active layer of thin film transistors, since the active layer of thin film transistors needs high resistivity to achieve low off-current and high on-off ratio. The fabricated ZnO-based thin film transistors operated in the enhancement mode with high field effect mobility and low threshold voltage.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.381-381
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• 2012

유기물/무기물 나노 복합체를 이용하여 제작한 메모리 소자는 저전력 구동, 간단한 공정, 플렉서블한 성격과 같은 장점 때문에 많은 연구가 진행되고 있다. 다양한 유기물/무기물 나노 복합체를 이용한 비휘발성 메모리 소자에 대한 연구는 많이 진행되었으나, fullerene 계열의 [6,6]-phenyl-C85 butyric acid methyl ester (PCBM) 나노 입자와 poly (methylmethacrylate) (PMMA)의 나노 복합체를 사용하여 제작한 유기 쌍안정성 메모리 소자의 전기적 특성과 메커니즘에 대한 연구는 미흡하다. 본 연구에서는 기억층으로 PMMA 박막 안에 분산되어 있는 PCBM 나노 입자를 트랩층으로 사용하는 메모리 소자를 제작하여 전기적 특성 및 안정성에 대하여 관찰하였다. 소자제작을 위하여 PCBM 나노 입자를 PMMA와 함께 용매인 클로로벤젠에 용해한 후에 초음파 교반기를 사용하여 두 물질을 고르게 섞었다. Indium-tin-oxide 가 코팅된 glass위에 PCBM 나노 입자와 PMMA가 섞인 나노 복합체를 스핀 방법으로 적층한 후, 열을 가해 클로로벤젠을 제거하여 PCBM 나노 입자가 PMMA 안에 분산되어 있는 전하 수송 층을 형성하였다. 형성된 전하수송 층 위에 열 증착 방식으로 상부 Al 전극을 형성하여 유기 쌍안정성 메모리 소자를 제작하였다. 제작된 소자의 전류-전압 (I-V) 측정 결과 특정 전하 수송 층의 두께에서는 큰 ON/OFF 전류 비율을 보여준다. PMMA만을 사용한 소자에서는 I-V 메모리 특성이 나타나지 않는 결과로부터 PCBM 나노 입자가 전하 수송 층 내에서 메모리 특성의 역할을 한다는 것을 보여준다. 전류-시간 (I-t) 측정 결과로 소자의 ON/OFF 전류 비율이 시간이 지남에 따라 큰 감쇠 없이 104 s까지 103값을 지속적으로 유지되어 메모리 소자의 안정성을 보여주었다. 실험의 결과로 PCBM이 포함된 메모리 소자의 메커니즘과 전하 수송 층의 두께에 따른 메모리 특성을 설명하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.351-351
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• 2012

최근의 수 십 년 간, 실리콘 나노 와이어는 그 특수한 물성으로 인하여 큰 주목을 받아오고 있다. 또한, 나노 전자소자 개발에 있어 중요한 역할을 담당하며, 현재 실리콘은 반도체 산업 및 기술에서 핵심적인 기능을 수행하고 있기 때문에 실리콘 나노 와이어는 매우 중요하게 고려된다 [1]. 본 연구에서는 유도결합 수소 플라즈마와 PECVD를 이용한 ITO/glass위 실리콘 나노 와이어 형성을 실험하였다. 유도결합 수소 플라즈마를 이용하여 나노 사이즈의 인듐 catalyst를 형성한 후 PECVD를 이용 $SiH_4$ 가스 유량과 성장 온도를 변화시켜 그에 따른 형성 변화를 관찰하였다. Fig. 1 (a) 에서 보이는 바와 같이 $600^{\circ}C$, 30 sccm 5% $SiH_4$, 60 sccm He 조건에서 8분 동안 성장시켰을 경우와 Fig. 1 (b)의 100 sccm 5% $SiH_4$로 유량을 증가시키고 15분 동안 성장시킨 후 FE-SEM 사진을 비교 한 결과 실리콘 나노 와이어의 높이가 $31{\mu}m$로 크게 성장됨을 확인 하였다. 이는 $SiH_4$의 농도의 변화가 실리콘 나노 와이어 성장에 큰 영향을 미치고 있음을 나타내며 그에 따라 나노와이어의 높이를 조절할 수 있음을 보여주고 있다. 추가적으로 실리콘 나노 와이어 성장을 위한 인듐 catalyst 형성과 이를 이용한 ITO 기판위 실리콘 나노 와이어 성장에 따른 광학적 특성 및 XRD 분석 결과 또한 논의 하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.126-126
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• 2011

수직으로 정렬된 1차원 ZnO nanorod arrays (NRAs)는 효율적인 반사방지 특성의 기하학적 구조를 갖고 있어, 크기와 모양 그리고 정렬형태의 다양한 설계를 통해 빛의 흡수율과 광 추출효율을 증가시켜 광전소자 및 태양광 소자의 성능을 향상시킬 수 있으며, 최근 이러한 연구에 대한 관심이 집중되고 있다. 본 연구에서는 ZnO NRAs의 넓은 표면적과 불연속적인 독특한 표면을 활용하여 광학적 특성을 효과적으로 개선하였다. 실험을 위해, thermal evaporator를 사용하여 Au와 Ag 그리고 e-beam evaporator를 사용하여 $SiO_2$를 ZnO NRAs 표면에 여러 가지 조건으로 증착하여, 독특한 계층 나노구조의 형성과 광학적 특성을 관찰하였다. 표면 roughness가 큰 FTO/glass 위에 수열합성법을 통해 끝이 뾰족하고, 비스듬히 정렬된 ZnO nano-tip array에 Au를 증착할 경우 ZnO/Au core/shell 구조가 형성되며, Au의 광 흡수율이 매우 크게 증가함을 관찰할 수 있었다. 반면 flat한 표면위에 빽빽하게 수직으로 정렬된 ZnO NRAs를 성장시켜 그 위에 Ag를 증착할 경우, evaporated Ag flux가 ZnO nanorod의 사이에 scattered 되어 ZnO nanorod 기둥의 측면에 직경이 50 nm 이하인 nanoparticles이 decorated 되어 국소표면플라즈몬 현상이 관찰되었으며, 이러한 효과를 통해 입사되는 빛의 흡수율을 효과적으로 증가시킬 수 있었다. 또한, ZnO NRAs의 표면에 $SiO_2$를 e-beam evaporator를 이용하여 증착할 경우, 자연적으로 vapor flux와 ZnO nanorod 사이에 oblique angle이 $80^{\circ}$ 이상으로 증가하여 $SiO_2$ nanorods가 자발적으로 형성되어 ZnO/$SiO_2$ branch 계층형태의 나노구조를 제작할 수 있었다. 이러한 구조는 유효 graded refractive index profile로 인해 기존의 ZnO NRAs보다 개선된 반사방지 특성을 나타냈다. 이러한 계층 나노구조의 광학적 특성을 시뮬레이션을 통해 이론적으로 분석을 통해 광전자 소자의 성능의 개선에 대한 적용 가능성을 조사하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.192-192
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• 2011

Mo 박막은 열적 안전성과 전기 전도성이 우수한 소재로 CIGS 태양전지의 배면전극으로 사용되고 있다. 스퍼터링법에 의한 Mo 박막의 전도성은 공정압력에 민감하여 높은 압력과 낮은 압력에서 이중박막으로 제조되고 있다. 연구에서는 압력에 크게 영향을 받지 않으면서 전도성이 $10{\mu}{\Omega}-cm$ 이하로 우수한 Mo 박막을 얻을 수 있는 아크 이온플레이팅법으로 Mo 박막을 제조하였다. 그러나 Mo 박막 증착시에 나타나는 높은 압축응력은 기재(Soda lime Glass; SLG)와의 밀착성을 떨어뜨렸다. 기재(SLG)와의 밀착성을 확보하기 위해 Ti 중간층($0.3{\mu}m$, $0.9{\mu}m$)을 증착하고 그 위에 Mo 박막을 증착하여 전도성이 우수한 박막을 제조하였으나 여전히 압축잔류응력의 문제점을 보였다. 압축응력의 완화를 위해 CIGS 박막이 제조되는 $550^{\circ}C$의 온도에서 열처리를 1시간 수행하였다. 열처리를 통해 열처리 전과 후에 나타나는 전도성과 잔류응력의 변화를 공정압력(5 mTorr~30 mTorr)별로 알아보았다. 사용된 시험편은 Si wafer, SLG, SUS계 소재를 이용하였으며 공정압력별로 아크 타겟에 인가되는 전류는 100 A로 고정하였고, 바이어스 전압은 0V, -50V를 인가하였다. 열처리 전과 후에 전도성은 크게 변화가 관찰되지 않았으나 잔류응력에는 많은 변화가 관찰 되었다. 잔류응력은 공정압력(5mTorr~30mTorr)별로 응력 완화가 일어났으며, 바이어스 전압이 0V에서 공정압력이 5 mTorr일 때 열처리 전에 측정된 1346 MPa 압축응력이 열처리 후에는 188 MPa의 인장응력을 나타내었다. 이러한 응력 변화에 대해 XRD와 SEM으로 구조분석을 통해 Mo 박막의 결정성과 전도성 및 잔류응력의 상관관계에 대해 알아보았다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.159-159
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• 2011

Among the semiconductor ternary compounds in the I-III-$VI_2$ series, $CulnS_2$ ($CulnSe_2$) are one of the promising materials for photovoltaic applications because of the suitability of their electrical and optical properties. The $CuInS_2$ thin film is one of I-III-$VI_2$ type semiconductors, which crystallizes in the chalcopyrite structure. Its direct band gap of 1.5 eV, high absorption coefficient and environmental viewpoint that $CuInS_2$ does not contain any toxic constituents make it suitable for terrestrial photovoltaic applications. A variety of techniques have been applied to deposit $CuInS_2$ thin films, such as single/double source evaporation, coevaporation, rf sputtering, chemical vapor deposition and chemical spray pyrolysis. This is the first report that $CuInS_2$ thin films have been prepared by Aerosol Jet Deposition (AJD) technique which is a novel and attractive method because thin films with high deposition rate can be grown at very low cost. In this study, $CuInS_2$ thin films have been prepared by Aerosol Jet Deposition (AJD) method which employs a nozzle expansion. The mixed fluid is expanded through the nozzle into the chamber evacuated in a lower pressure to deposit $CuInS_2$ films on Mo coated glass substrate. In this AJD system, the characteristics of $CuInS_2$ films are dependent on various deposition parameters, such as compositional ratio of precursor solution, flow rate of carrier gas, stagnation pressure, substrate temperature, nozzle shape, nozzle size and chamber pressure, etc. In this report, $CuInS_2$ thin films are deposited using the deposition parameters such as the compositional ratio of the precursor solution and the substrate temperature. The deposited $CuInS_2$ thin films will be analyzed in terms of deposition rate, crystal structure, and optical properties.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.158-158
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• 2011

$Cu(In_xGa_{1-x})Se_2$ (CIGS) thin film solar cell is one of the most promising solar cells in photovoltaic devices. CIGS has a direct band gap which varied from 1.0 to 1.26 eV, depending on the Ga to In ratio. Also, CIGS has been studying for an absorber in thin film solar cells due to their highest absorption coefficient which is $1{\times}10^5cm^{-1}$ and good stability for deposition process at high temperature of $450{\sim}590^{\circ}C$. Currently, the highest efficiency of CIGS thin film solar cell is approximately 20.3%, which is closely approaching to the efficiency of poly-silicon solar cell. The deposition technique is one of the most important points in preparing CIGS thin film solar cells. Among the various deposition techniques, the sputtering is known to be very effective and feasible process for mass production. In this study, CIGS thin films have been prepared by rf magnetron sputtering method using a single target. The optical and structural properties of CIGS films are generally dependent on deposition parameters. Therefore, we will explore the influence of deposition power on the properties of CIGS films and the films will be deposited by rf magnetron sputtering using CIGS single target on Mo coated soda lime glass at $500^{\circ}C$. The thickness of CIGS films will be measured by Tencor-P1 profiler. The optical properties will be measured by UV-visible spectroscopy. The crystal structure will be analyzed using X-ray diffraction (XRD). Finally the optimal deposition conditions for CIGS thin films will be developed.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.368-368
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• 2011

최근에 보고된 양질의 고효율Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) 태양전지는 CIGS광흡수층이 강한 (220:204) 우선배향성을 갖는 것으로 알려져 있다 [1]. 이러한 CIGS우선배향성은 Se 증착압력, Na농도, 기판온도 및 Mo후면전극의 표면상태에 영향을 받는 것으로 알려져 있지만 정확한 상호관계는 아직 명확히 알려져 있지 않으며, 특히 Mo후면전극의 영향에 대해서는 체계적인 연구결과조차 극히 드문 상황이다 [2]. 본 연구에서는 CIGS 박막의 우선배향성에 대해 Mo후면전극의 미세구조가 미치는 영향 및 이에 따른 cell특성의 변화에 대해서 연구하였다. Mo후면전극의 미세구조는 2 mTorr~16 mTorr까지 증착압력을 변화시켜 제어되었고, CIGS광흡수층은 이렇게 준비된 Mo후면전극상에 3단계 동시증밥법(3-stage process)을 사용하여 형성하였다. XRD를 통한 박막의 우선배향성 평가에서, Mo 증착압력에 대한 IGS I(300)/I(006) 및 CIGS I(220:204)/I(112)의 거동은 Mo 미세구조와 밀접한 관련이 있는 잔류응력(residual stress)의 변화 거동과 상당히 일치함을 보였다. 이에 반해, 높은 압력의 Mo위에 형성된 강한 (220:204) 우선배향성의 CIGS와 bare-glass위에서 형성된 강한 (112) 우선배향성의 CIGS내 Na농도는 서로 유사하였다. 상기의 결과는 Mo미세구조 그 자체가 CIGS 박막 우선배향성의 원인이 됨을 나타낸다. Selenized Mo시편의 XRD분석 및 IGS/Mo 시편의 TEM분석결과을 통해 MoSe2의 반응성이 잔류응력과 비례하는 Mo in-gain 밀도에 의존하는 함을 알 수 있었고, 이러한 MoSe2반응성(reactivity)과 IGS우선배향성 사이에 상당히 밀접한 관련이 있으며 이에 CIGS의 우선배향성이 결정됨을 확인하였다. 마지막으로, Mo변수에 의해 제작된 cell의 특성분석으로부터 cell의 효율이 주로 VOC의 증가에 기인하여 CIGS (220:204) 우선배향성의 정도에 비례하였다.