• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.259-259
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• 2011

염료감응형 태양전지(Dye-Sensitized Solar Cells:DSSC)는 환경 친화적이며, 저가의 공정에 대한 가능성으로 기존의 고가의 결정질 실리콘 태양전지의 경제적인 대안으로 각광을 받고 있다. 최근 염료감응형 태양전지는 투명 전도성 산화막(Transparent Conducting Oxide : TCO)으로 사용되는 Fluorine Tin Oxide (FTO)가 증착된 유리기판 위에 주로 제작된다. FTO는 낮은 비저항과 가시광선 영역에서 높은 투과도를 가지는 우수한 전기-광학적 특성을 갖지만, 비교적 공정이 까다로운 Chemical Vapor Deposition (CVD)법으로 제조하며, 전체 공정비용의 60%를 차지하는 높은 생산단가로 인해 현재 FTO를 대체할 재료개발 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 중 ZnO (Zinc Oxide)는 우수한 전기-광학적 특성과 비교적 저렴한 가격으로 새로운 TCO로써 주목받고 있다. ZnO는 넓은 energy band gap (3.4 [eV])의 육방정계 울자이트(hexagonal wurtzite) 결정 구조를 가지는II-VI족 n형 반도체 물질이며, III족 금속원소인 Al, Ga 및 In 등의 불순물을 첨가하면 TCO로서 우수한 전기-광학적 특성과 안정성을 나타낸다. 이들 물질중 $Zn^{2+}$ (0.060 nm)의 이온반경과 유사한 $Ga^{2+}$0.062 nm) 이온이 ZnO의 격자반경을 최소화 시킬 수 있다는 장점으로 최근 주목 받고 있다. 하지만 Ga-doped ZnO (GZO)의 경우 DSC에 사용되는 루테늄 계열의 산성 염료 하에 장시간 두면 표면이 파괴되는 문제가 발생하며, $TiO_2$ paste를 Printing 후 열처리하는 과정에서도 박막의 파괴가 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해 $TiO_2$ Blocking Layer를 GZO 투명전극 위에 증착하였다. 또한, $TiO_2$ Blocking Layer를 적용한 GZO 박막을 전면전극으로 이용하여 DSC를 제작하여 효율을 확인하였다. 2wt%의 $Ga_2O_3$가 도핑된 ZnO 박막은 20mTorr 400$^{\circ}C$에서 Pulsed Laser Deposition (PLD)에 의해 성장되었고, $TiO_2$박막은 Ti 금속을 타겟으로 이용하여 30mTorr 400$^{\circ}C$에서 증착되었다. Scanning electron microscopy (FE-SEM)을 이용한 박막 분석 결과 $TiO_2$가 증착된 GZO 박막의 경우 표면 파괴가 일어나지 않았다. Solar Simulator을 이용하여 I-V특성 측정결과 상용 FTO를 사용한 DSC 수준의 효율을 나타내었다. 이에 따라 Pulsed Laser Deposition을 이용해 제작된 GZO 기판은 $TiO_2$ Blocking Layer를 이용하여 표면 파괴를 방지할 수 있었으며, 이는 향후 염료감응형 태양전지의 투명전극에 적용 가능 할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2009.06a
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• pp.151-151
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• 2009

Recently, there has been increasing interest in amorphous oxide semiconductors to find alternative materials for an amorphous silicon or organic semiconductor layer as a channel in thin film transistors(TFTs) for transparent electronic devices owing to their high mobility and low photo-sensitivity. The fabriction of amorphous oxide-based TFTs at room temperature on plastic substrates is a key technology to realize transparent flexible electronics. Amorphous oxides allows for controllable conductivity, which permits it to be used both as a transparent semiconductor or conductor, and so to be used both as active and source/drain layers in TFTs. One of the materials that is being responsible for this revolution in the electronics is indium-zinc-tin oxide(IZTO). Since this is relatively new material, it is important to study the properties of room-temperature deposited IZTO thin films and exploration in a possible integration of the material in flexible TFT devices. In this research, we deposited IZTO thin films on polyethylene naphthalate substrate at room temperature by using magnetron sputtering system and investigated their properties. Furthermore, we revealed the fabrication and characteristics of top-gate-type transparent TFTs with IZTO layers, seen in Fig. 1. The experimental results show that by varying the oxygen flow rate during deposition, it can be prepared the IZTO thin films of two-types; One a conductive film that exhibits a resistivity of $2\times10^{-4}$ ohm${\cdot}$cm; the other, semiconductor film with a resistivity of 9 ohm${\cdot}$cm. The TFT devices with IZTO layers are optically transparent in visible region and operate in enhancement mode. The threshold voltage, field effect mobility, on-off current ratio, and sub-threshold slope of the TFT are -0.5 V, $7.2\;cm^2/Vs$, $\sim10^7$ and 0.2 V/decade, respectively. These results will contribute to applications of select TFT to transparent flexible electronics.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.455-455
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• 2010

차세대 디스플레이로 널리 알려져 있는 플렉서블 디스플레이는 휴대하기 쉽고, 깨지지 않으며, 변형이 자유로워 현재 우리 사회에 크게 주목받고 있다. 플렉서블 디스플레이의 구현을 위해서는 기존의 유리 기반 디스플레이 소자 기술에 더하여 플렉서블 기판소재에 적용 가능한 투명전도막 기술의 확립이 필요하다. 디스플레이 산업에서 주로 사용되는 투명전도막은 ITO (indium tin oxide) 및 IZO (indium zinc oxide)와 같은 투명전도성 산화물 박막 (TCO, transparent conducting oxide)이다. 그런데 플라스틱 기판이 굽힘 환경에 놓이게 되면 그 위에 증착된 산화물 박막이 쉽게 파손될 수 있다. 따라서 플렉서블 디스플레이 기술에 있어서 변형에 따른 TCO 박막의 파괴 거동에 대한 연구가 필수적이다. 본 연구에서는 PET (polyethylene terephthalate) 기판 상에 증착된 IZO 박막의 반복 굽힘 시 계면구조 변화에 따른 파괴거동을 조사하였다. 플라스틱 기판의 사용을 위해서는 산소 및 수분의 투과 방지막이 필요하며 본 연구에서는 투과 방지막 (또는 보호막)으로서 $SiO_x$ 박막을 적용하였다. IZO 박막은 $In_2O_3$ - 10 wt% ZnO 타겟을 사용하여 RF magnetron sputtering법으로 $100^{\circ}C$ 미만에서 저온 증착하였다. 보호막으로 사용되는 $SiO_x$ 박막은 HMDSO (hexamethyldisiloxane)와 Ar 및 $O_2$ 혼합기체를 이용하는 PECVD 방법으로 합성하였다. 변형에 따른 TCO 박막의 파괴 거동을 조사하기 위하여 반복 굽힘 시험 (cyclic- bending test)을 실시하였다. 반복 굽힘 시험 중 실시간으로 IZO 박막의 전기저항 변화를 측정하여 박막의 파괴 거동을 모니터링 하였다. 시편 A (135 nm-thick IZO/PET), B (135 nm-thick IZO/ 90 nm-thick $SiO_x$/PET), C (135nm-thick IZO/ 300 nm-thick $SiO_x$/PET)에 대하여 곡지름 35mm, 1000회 반복 굽힘을 실시하여 변형 중의 전기저항 변화를 조사하였다. 그리고 굽힘 시험 완료 후, FE-SEM을 이용한 시편 표면형상 관찰을 통하여 균열생성 정도를 관찰하였다. 반복 굽힘 시험 결과, A 와 C 시편의 경우, 각각 반복 굽힘 20회, 550회에서 급격한 전기저항의 증가가 관찰되었다. 그러나 B 시편의 경우, 1000회 반복 굽힘 후에도 전기저항의 변화는 나타나지 않았다. 이와 같이 반복 굽힘에 의한 IZO 박막의 파괴 거동 변화는 IZO 박막과 기판의 계면구조변화에 기인한 것으로 해석된다. IZO 박막과 기판의 계면에 $SiO_x$ 층을 삽입함으로써 계면 접합강도가 향상되었을 것으로 추측된다. 따라서 변형에 대한 파괴 저항 특성이 우수한 투명전도성 산화물 박막의 형성을 위해서는 적절한 계면구조 제어를 통한 계면 접합 특성의 향상이 필요하다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.245-245
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• 2012

차세대 디스플레이로 각광받고 있는 AMOLED에 대한 관심이 높아짐에 따라 구동 소자의 연구가 활발히 이루어지고 있다. 산화물 반도체 박막 트랜지스터는 비정질 실리콘 박막 트랜지스터에 비해 100 $cm^2$/Vs 이하의 높은 이동도와 우수한 전기적 특성으로 AMOLED 구동 소자로서 학계에서 입증되어왔고, 현재 여러 기업에서 산화물 반도체를 이용한 박막 트랜지스터 제작 연구가 활발히 이루어지고 있다. 본 연구는 열처리 조건을 가변하여 제작한 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 전기적 특성 분석을 목적으로 한다. 실리콘 기판에 oxidation 공정을 이용하여 SiO2 100 nm, DC스퍼터링을 이용하여 ITZO (Indium-Tin-Zinc Oxide) 산화물 반도체 박막 50 nm, 증착된 산화물 반도체 박막의 열처리 후, evaporation을 이용하여 source/drain 전극 Ag 150 nm 증착하여 박막 트랜지스터를 제작하였다. 12 sccm의 산소유량, 1시간의 열처리 시간에서 열처리 온도 $400^{\circ}C$, $200^{\circ}C$의 샘플은 각각 이동도 $29.52cm^2/V{\cdot}s$, $16.15cm^2/V{\cdot}s$, 문턱전압 2.61 V, 6.14 V, $S{\cdot}S$ 0.37 V/decade, 0.85 V/decade, on-off ratio 5.21 E+07, 1.10 E+07이었다. 30 sccm의 산소유량, 열처리 온도 $200^{\circ}C$에서 열처리 시간 1시간, 1시간 30분 샘플은 각각 이동도 $12.27cm^2/V{\cdot}s$, $10.15cm^2/V{\cdot}s$, 문턱전압 8.07 V, 4.21 V, $S{\cdot}S$ 0.89 V/decade, 0.71 V/decade, on-off ratio 4.31 E+06, 1.05 E+07이었다. 산화물 반도체의 열처리 효과 분석을 통하여 높은 열처리 온도, 적은 산소의 유량, 열처리 시간이 길수록 이동도, 문턱전압, $S{\cdot}S$의 산화물 박막 트랜지스터 소자의 전기적 특성이 개선되었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.227-227
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• 2012

본 연구에서는 RF스퍼터링법에 의하여 glass substrate에 In-Zn-Sn-O (IZTO)를 Zn 성분에 변화를 주면서 $350{\AA}$ 만큼 증착시키고, 1시간 동안 $350^{\circ}C$로 열처리 하였다. In:Zn:Sn의 성분 비율은 20:48:32 (IZTO1), 13:60:27 (IZTO2)이다. 박막의 전자적, 광학적 특성은 XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy), REELS(Reflection Electron Energy Loss Spectroscopy), UV-Spectrometer를 이용하여 연구하였고, 박막의 전기적 특성은 van der Pauw 법을 이용하여 측정하였다. XPS측정결과, IZTO박막은 In-O, Sn-O and Zn-O의 결합을 가진다. REELS를 이용해 Ep=1,500 eV에서의 밴드갭을 얻어보면, $350^{\circ}C$로 열처리 한 박막은 열처리를 하지 않은 것에 비해 밴드갭이 IZTO1는 3.36 eV에서 3.54 eV로, IZTO2는 3.15 eV에서 3.31 eV로 증가하였다. 반면에 Zn 함량이 증가할수록 밴드갭이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 이 값은 UV-Spectrometer를 이용한 광학적 밴드갭과 일치하였다. 또한 van der Pauw method를 이용한 전기적 특성 분석 결과, 열처리를 하기 전에 비하여 carrier concentration이 IZTO1는 $-4.4822{\times}10^{18}cm^{-3}$에서 $-2.714{\times}10^{19}cm^{-3}$로, IZTO2는 $-3.6931{\times}10^{17}cm^{-3}$에서 $-1.7679{\times}10^{19}cm^{-3}$로 증가하였다. 반면에 Resistivity는 IZTO1의 경우 $1.7122{\times}10^{-1}{\Omega}{\cdot}cm$에서 $5.5496{\times}10^{-3}{\Omega}{\cdot}cm$로, IZTO2는 $1.3290 {\Omega}{\cdot}cm$에서 $1.3395{\times}10^{-2}{\Omega}{\cdot}cm$로 감소하였다. 그리고 UV-Spectrometer를 이용한 광학적 특성을 측정해본 결과, 가시광선영역인 380~780 nm에서의 투과율이 83%이상으로 투명전자소자로의 응용이 가능하다는 것을 보여주었다.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• v.16 no.2
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• pp.198-203
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• 2016

We investigate the effects of magnesium (Mg) suppressor layer on the electrical performances and stabilities of amorphous indium-zinc-tin-oxide (a-ITZO) thin-film transistors (TFTs). Compared to the ITZO TFT without a Mg suppressor layer, the ITZO:Mg TFT exhibits slightly smaller field-effect mobility and much reduced subthreshold slope. The ITZO:Mg TFT shows improved electrical stabilities compared to the ITZO TFT under both positive-bias and negative-bias-illumination stresses. From the X-ray photoelectron spectroscopy O1s spectra with fitted curves for ITZO and ITZO:Mg films, we observe that Mg doping contributes to an enhancement of the oxygen bond without oxygen vacancy and a reduction of the oxygen bonds with oxygen vacancies. This result shows that the Mg can be an effective suppressor in a-ITZO TFTs.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.324-326
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• 2016

In this study, we have investigated indium tin zinc oxide (ITZO) as an active channel for non-volatile memory (NVM) devices. The electrical and memory characteristics of NVM devices using multi-stack gate insulator SiO2/SiOx/SiOxNy (OOxOy) with Si-rich SiOx for charge storage layer were also reported. The transmittance of ITZO films reached over 85%. Besides, ITZO-based NVM devices showed good electrical properties such as high field effect mobility of 25.8 cm2/V.s, low threshold voltage of 0.75 V, low subthreshold slope of 0.23 V/dec and high on-off current ratio of $1.25{\times}107$. The transmission Fourier Transform Infrared spectroscopy of SiOx charge storage layer with the richest silicon content showed an assignment at peaks around 2000-2300 cm-1. It indicates that many silicon phases and defect sources exist in the matrix of the SiOx films. In addition, the characteristics of NVM device showed a retention exceeding 97% of threshold voltage shift after 104 s and greater than 94% after 10 years with low operating voltage of +11 V at only 1 ms programming duration time. Therefore, the NVM fabricated by high transparent ITZO active layer and OOxOy memory stack has been applied for the flexible memory system.

• Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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• v.17 no.8
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• pp.1873-1878
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• 2013

ITZO ($In_2O_3$ : $SnO_2$ : ZnO = 90wt.% : 5wt.% : 5wt.%) thin films were fabricated on glass substrates (Eagle 2000) at room temperature with various working pressures (1~7 mTorr) by RF magnetron sputtering. The influence of the working pressure on the structural, electrical, and optical properties of the ITZO thin films were investigated. The XRD and FESEM results showed that all ITZO thin films are amorphous structures with very smooth surfaces regardless of the working pressure. Amorphous ITZO thin films deposited at 3 mTorr showed the best properties, such as a low resistivity, high transmittance, and figure of merit of $3.08{\times}10^{-4}{\Omega}{\cdot}cm$, 81 %, and $10.52{\times}10^{-3}{\Omega}^{-1}$, respectively.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2007.06a
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• pp.379-380
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• 2007

The characteristics of a co-sputtered indium zinc tin oxide (IZTO) films prepared by dual target dc magnetron sputtering from IZO and ITO targets at a room temperature are investigated. Film properties, such as sheet resistance, optical transmittance, surface work function and surface roughness were examined as a function of ITO dc power at constant IZO dc power of 100 W. It was shown that the increase of the ITO dc power during co-sputtering of ITO and IZO target resulted in an increase of sheet resistance of the IZTO films. This can be attributed to high resistivity of ITO film prepared at room temperature. Surface smoothness and roughness were investigated by Scanning Electron Microscopy (SEM) and Atomic Force Microscopy (AFM). The synchrotron x-ray scattering results obtained from IZTO film with different ITO contents showed that introduction of ITO atoms into amorphous IZO film resulted in a crystallization of IZTO film with (222) preferred orientation due to low alc transition temperature of ITO film. However, the transmittance of the IZTO films with thickness of 150 nm is between 80 and 85 % at wavelength of 550 nm regardless of ITO content. Possible mechanism to explain the ITO and IZO co-sputtering effect on properties of IZTO is suggested.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.198-198
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• 2010

산화물 반도체는 넓은 밴드갭을 가지고 있어 가시광에서 투명하며 높은 이동도로 디스플레이 구동 회로 집적에 유리하다. 또한 가격 및 공정 측면에서도 기존의 Si 기판 소자에 비해 여러 장점을 가지고 있어 차세대 디스플레이의 핵심 기술로 산화물반도체에 대한 관심이 높아지고 있다. 본 연구는 RF 동시 스퍼터링법을 이용하여 Zn-Sn-O 박막을 제조하고, 그 전기적, 광학적, 구조적 특성에 대해 조사하였다. 일정한 증착 온도($100^{\circ}C$)에서 ZnO와 $SnO_2$ 타켓의 인가 파워를 조절하여 Sn/(Zn+Sn) 성분비가 약 40~85%인 Zn-Sn-O 박막을 제조하였다. Sn 함량이 증가할수록 박막의 비저항은 약 $2{\times}10^{-1}$ (Sn 45%)에서 약 $2\;{\times}\;10^{-2}\;{\Omega}{\cdot}cm$ (Sn 67%)까지 감소하다가 다시 증가하는 경향을 보였다. 이 때 캐리어 농도는 $3\;{\times}\;10^{18}$에서 $4\;{\times}\;10^{19}\;cm^{-3}$으로 증가하였으며, 이동도는 11에서 $8\;cm^2/V{\cdot}s$로 약간 감소하였다. XRD분석결과, 제조된 모든 Zn-Sn-O 박막은 비정질 구조를 가짐을 확인하였다. 투과율은 박막 내 Sn함량 증가에 따라 감소하나 모든 시편이 약 70%이상의 투과도를 나타내었다. Zn-Sn-O 박막의 Ga 도핑 영향을 확인하기 위해 ZnO 타켓 대신 갈륨이 5.7 wt.% 도핑된 GZO 타켓을 사용하여 동일한 공정조건에서 박막을 제조하였다. Ga이 첨가된 Zn-Sn-O 박막은 구조적 특성과 광학적 특성에서는 큰 차이를 보이지 않았으나, 전기적 특성의 뚜렷한 변화가 관찰되었다. Sn 함량이 45%인 Zn-Sn-O 박막의 경우, 캐리어 농도가 $3.1\;{\times}\;10^{18}$에서 Ga 도핑 효과로 인해 $1.7\;{\times}\;10^{17}\;cm^{-3}$으로 크게 감소하고 이동도는 11에서 $20\;cm^2/V{\cdot}s$로 증가하였다. 따라서 본 연구는 Zn-Sn-O 비정질 박막에 Ga을 도핑함으로써 산화물 반도체재료로서 요구되는 물성을 만족시킬 수 있다는 가능성을 제시하였다.