• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.19 no.6
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• pp.552-557
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• 2006

Electrical, optical, surface, and structural properties of amorphous indium-zinc-oxide (a-IZO) grown by box cathode sputtering (BCS) were compared with crystalline indium-tin-oxide (c-ITO) anode films grown by conventional DC sputtering (DCS). Although x-ray diffraction plot of BCS-grown IZO film shows amorphous structure, the optical and electrical properties of a-IZO is comparable to those of c-ITO film. In particular, BCS-grown IZO films shows very smooth surface without defects such as pin hole and cracks because most of the energy of the sputtered atoms was confined in high density plasma region in box cathode gun. Furthermore polymer organic light emitting diodes (POLED) with the a-IZO anode film shows better electrical properties than that of POLED with the c-ITO anode film due to high work function and smooth surface of a-IZO. This suggested that BCS-grown a-IZO film is promising anode materials substituting conventional c-ITO anode in OLED and flexible displays.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.20 no.4
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• pp.357-362
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• 2007

AZO(Aluminum-doped Zinc Oxide) films are attractive materials as transparent conductive electrode because they are inexpensive, nontoxic and abundant element compared with ITO(Indium Tin Oxide). AZO films have been deposited on glass (corning 1737) substrates by RF magnetron sputtering. The AZO film was post-annealed at $600^{\circ}C$ for 2 hr with $N_2$ atmosphere. The AZO films were used as an anode contact to fabricate OLEDs(Organic Light Emitting Diodes). OLEDs with $AZO/TPD/Alq_3/Al$ configuration were fabricated by thermal evaporation. We investigated that the electric, structural and optical properties of AZO thin films, which measured using the methods of XRD, SEM, Hall measurement and Spectrophotometer. The current density-voltage and luminescence-voltage properties of devices were studied and compared with ITO devices fabricated under the same conditions.

• Journal of the Korean institute of surface engineering
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• v.42 no.6
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• pp.267-271
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• 2009

Multicomponent transparent conducting oxide films were deposited on glass substrates at 150 by dual magnetron sputtering of AZO and ITO targets. In the case of mixing a limited amount of ITO (10W), resistivity of TCO films was significantly increased compared to the AZO film; from $3.5{\times}10^{-3}$ to $9.7{\times}10^{-3}{\Omega}{\cdot}cm$. Deterioration of the electrical conductivity is attributed to the decreases in carrier concentration and Hall mobility. Improvement of the conductivity could be obtained for the films prepared with ITO powers larger than 40 W. The lowest resistivity ($\rho$) of $7.3{\times}10^{-4}{\Omega}{\cdot}cm$ was achieved when ITO power was 100 W. Effects of $H_2$ incorporation on the electrical and optical properties of AZO-ITO films were investigated in this work. Addition of small amount of hydrogen resulted in the increase of carrier concentration and the improvement of electrical conductivity. It is apparent that the roughness of AZO-ITO films decreases dramatically after the transition of microstructure from polycrystalline to amorphous phase, which gives practical advantages such as an excellent uniformity of surface and a high etching rate. AZO-ITO films grown at sputtering ambient with hydrogen gas are expected to be applicable to optoelectronic devices such as organic light emitting diodes and flexible displays due to their sufficient electrical and structural properties.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.543-543
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• 2013

Thin-film transistors (TFTs) based on oxide semiconductors have been regarded as promising alternatives for conventional amorphous and polycrystalline silicon TFTs. Oxide TFTs have several advantages, such as low temperature processing, transparency and high field-effect mobility. Lots of oxide semiconductors for example ZnO, SnO2, In2O3, InZnO, ZnSnO, and InGaZnO etc. have been researched. Particularly, zinc-tin oxide (ZTO) is suitable for channel layer of oxide TFTs having a high mobility that Sn in ZTO can improve the carrier transport by overlapping orbital. However, some issues related to the ZTO TFT electrical performance still remain to be resolved, such as obtaining good electrical contact between source/drain (S/D) electrodes and active channel layer. In this study, the bottom-gate type ZTO TFTs with staggered structure were prepared. Thin films of ZTO (40 nm thick) were deposited by DC magnetron sputtering and performed at room temperature in an Ar atmosphere with an oxygen partial pressure of 10%. After annealing the thin films of ZTO at $400^{\circ}C$ or an hour, Cu, Mo, ITO and Ti electrodes were used for the S/D electrodes. Cu, Mo, ITO and Ti (200 nm thick) were also deposited by DC magnetron sputtering at room temperature. The channel layer and S/D electrodes were defined using a lift-off process which resulted in a fixed width W of 100 ${\mu}m$ and channel length L varied from 10 to 50 ${\mu}m$. The TFT source/drain series resistance, the intrinsic mobility (${\mu}i$), and intrinsic threshold voltage (Vi) were extracted by transmission line method (TLM) using a series of TFTs with different channel lengths. And the performances of ZTO TFTs were measured by using HP 4145B semiconductor analyzer. The results showed that the Cu S/D electrodes had a high intrinsic field effect mobility and a low effective contact resistance compared to other electrodes such as Mo, ITO and Ti.

• 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.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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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.

• Transactions on Electrical and Electronic Materials
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• v.18 no.1
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• pp.55-57
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• 2017

Amorphous oxide thin film transistors (TFTs) were fabricated with 0.5 wt% silicon doped zinc tin oxide (a-0.5SZTO) thin film deposited by radio frequency (RF) magnetron sputtering. In order to investigate the effect of annealing treatment on the electrical properties of TFTs, a-0.5SZTO thin films were annealed at three different temperatures ($300^{\circ}C$, $500^{\circ}C$, and $700^{\circ}C$ for 2 hours in a air atmosphere. The structural and electrical properties of a-0.5SZTO TFTs were measured using X-ray diffraction and a semiconductor analyzer. As annealing temperature increased from $300^{\circ}C$ to $500^{\circ}C$, no peak was observed. This provided crystalline properties indicating that the amorphous phase was observed up to $500^{\circ}C$. The electrical properties of a-0.5SZTO TFTs, such as the field effect mobility (${\mu}_{FE}$) of $24.31cm^2/Vs$, on current ($I_{ON}$) of $2.38{\times}10^{-4}A$, and subthreshold swing (S.S) of 0.59 V/decade improved with the thermal annealing treatment. This improvement was mainly due to the increased carrier concentration and decreased structural defects by rearranged atoms. However, when a-0.5SZTO TFTs were annealed at $700^{\circ}C$, a crystalline peak was observed. As a result, electrical properties degraded. ${\mu}_{FE}$ was $0.06cm^2/Vs$, $I_{ON}$ was $5.27{\times}10^{-7}A$, and S.S was 2.09 V/decade. This degradation of electrical properties was mainly due to increased interfacial and bulk trap densities of forming grain boundaries caused by the annealing treatment.

• Journal of Sensor Science and Technology
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• v.24 no.1
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• pp.15-21
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• 2015

Transparent and conductive multilayer thin films consisting of three alternating layers FZTO/Ag/$WO_3$ have been fabricated by radio-frequency (RF) sputtering for the applications as transparent conducting oxides and the structural and optical properties of the resulting films were carefully studied. The single layer fluorine doped zinc tin oxide (FZTO) and tungsten oxide ($WO_3$) films grown at room temperature are found to have an amorphous structure. Multilayer structured electrode with a few nm Ag layer embedded in FZTO/Ag/$WO_3$ (FAW) was fabricated and showed the optical transmittance of 87.60 % in the visible range (${\lambda}=380{\sim}770nm$), quite low electrical resistivity of ${\sim}10^{-5}{\Omega}cm$ and the corresponding figure of merit ($T^{10}/R_s$) is equivalent to $3.0{\times}10^{-2}{\Omega}^{-1}$. The resultant power conversion efficiency of 2.50% of the multilayer based OPV is lower than that of the reference commercial ITO. Asymmetric D/M/D multilayer is a promising transparent conducting electrode material due to its low resistivity, high transmittance, low temperature deposition and low cost components.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.177-177
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• 2010

고효율 비정질 실리콘 박막 태양전지 제작을 위해서는 광파장대에서 optical confinement 능력을 최대화할 수 있는 기술이 필수적이다. 효율적인 photon trapping을 위해서는 back reflector를 사용하거나 전면전극인 투명전도성막의 표면에 요철을 형성하여 포획된 태양광의 내부 반사를 증가시키거나 전면 투명전극에서 반사를 감소시켜 태양광의 travel length를 증가시키는 방법이 일반적이며, 이를 통해 흡수층의 효율을 최대화할 수 있다. 이 중 전면전극으로 사용되는 투명전도성막은 불소가 도핑된 tin-oxide가 주로 사용되었으나, 최근 들어 Al이 도핑된 산화아연막을 이용한 비정질 실리콘 박막 태양전지 개발에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다. 투명전극 증착후 표면의 유효면적을 증가시키기 위해 염산 용액을 이용하여 표면 텍스쳐링을 수행한다. 그후 흡수층인 p-i-n 층을 플라즈마 화학기상증착법을 이용하여 형성하는 것이 일반적이다. 이때 표면처리 된 투명전극은 수소플라즈마에 대해 특성이 변하지 않아야 고효율 비정질 실리콘 박막 태양전지 제조에 적용될 수 있다. 본 연구에서는 표면처리 된 AZO 투명전극의 수소플라즈마에 의한 특성 변화에 대해 고찰하였다. 먼저 AZO 투명전극은 스퍼터링 공정을 적용하여 $1\;{\mu}m$두께로 증착하였고, 0.5 wt%의 HCl 용액을 이용하여 습식 식각을 수행하였다. 수소플라즈마 처리 조건은 $H_2$ flow rate 30 sccm, working pressure 20 mtorr, RF power 300 W, Temp $60^{\circ}C$ 이며 3분간 진행하였다. 표면형상은 수소플라즈마 전 후에는 큰 차이를 보이지 않았으며 AZO의 grain size는 각각 220 nm, 210 nm로 관찰되었다. 투명전극의 가장 중요한 특성인 가시광선 영역에서의 투과도는 수소플라즈마 처리전에는 90 % 이상의 투과도를 보였으나, 수소플라즈마 처리 후에는 85 %로 약간 저하된 특성을 보였다. 그러나 이는 박막 태양전지용 전면전극으로 사용하기 위한 투과도인 80 % 이상을 만족하는 결과로, 비정질 박막 실리콘 태양전지 제작에 사용될 수 있다. 또 하나의 중요한 특성인 Haze factor 역시 수소플라즈마 처리 전 후 모두 10 이상의 값을 나타냈다. 하지만 고효율 실리콘 박막 태양전지에 적용하기 위해서는 Haze factor를 증가시키는 공정 개발에 대한 추가 연구가 필요하다.

• 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 $14.2cm^2/V{\cdot}s$.