Journal of the Korean Ceramic Society (한국세라믹학회지)

The Korean Ceramic Society (한국세라믹학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

Electrical Properties of Sputtered Gallium-doped Zinc Oxide Films Deposited Using Ne, Ar, or Kr Gas

Ne, Ar, Kr 가스를 사용하여 제작한 스퍼터 Gallium 도프 ZnO 박막의 전기적 특성

  • Song, Pung-Keun (Department of Chemistry, College of Science and Engineering, Aoyama Gakuin University) ;
  • Ryu, Bong-Ki (Department of Inorganic Materials Engineering, Pusan National University) ;
  • Kim, Kwang-Ho (Department of Inorganic Materials Engineering, Pusan National University)
  • 송풍근 (아오야마 가꾸인 대학 이공학부 화학과) ;
  • 류봉기 (부산대학교 무기재료공학과) ;
  • 김광호 (부산대학교 무기재료공학과)
  • Published : 2002.01.01
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

Gallium-doped ZnO (GZO) films were deposited on soda-lime glass substrate without heating using Ne, Ar, or Kr gas. Electrical properties of GZO films deposited at various total gas pressures were investigated for the film positions corresponding to the erosion region (region B) and outside the erosion region (region A) of the target. Region B showed high resistivity, which was attributed to the decrease in carrier density and Hall mobility, compared to region A. GZO films deposited using Ne gas showed the degradation in resistivity and crystallinity, whereas, GZO films deposited using Kr gas showed the improvement in resistivity and crystallinity. This degradation in film properties could be attributed to the film damage caused by the bombardment of high-energy particles. Especially, the energies of recoiled neutral atoms ($Ne^0,\;Ar^0,\;Kr^0$) calculated by Monte Carlo simulation corresponded to experimental results.

Ga 첨가된 ZnO(GZO) 박막을 5.7 wt%의 $Ga_2O_3$를 ZnO에 첨가된 세라믹 GZO 타켓을 사용하여 직류 마그넷 스퍼터에 의해 실온의 유리 기판위에 제작했다. 각각 질량이 서로 다른 Ne, Ar, Kr 가스의 다양한 전압(total gas pressure)에서 제작한 GZO 박막에 대하여, 타켓의 에로젼 영역(B영역)과 비에로젼 영역(A영역)에 대향하는 박막 영역의 전기적 특성을 조사했다. 가스 종류와 관계없이 B 영역의 대향부분은 비에로젼 영역과 비교해서, 홀 이동도와 캐리어 밀도의 감소에 의해 상대적으로 높은 비저항값을 보였다. Ne 가스를 사용한 경우, GZO 박막은 가장 높은 비저항값을 나타낸 반면, Kr 가스를 사용하여 제작한 GZO 박막은 상대적으로 가장 낮은 비저항값을 보였다. GZO 박막의 전기적 특성은 박막의 결정성에 크게 의존하고 있음을 알았으며 박막의 전기적 특성과 결정성의 저하를 일으키는 인자로서 성장중의 박막의 결정성에 크게 의존하고 있음을 알았으며 박막의 전기적 특성과 결정성의 저하를 일으키는 인자로서 성장중의 박막표면에 충돌하여 박막에 손상을 입히는 고에너지 입자를 들 수 있다. Ne, Ar, Kr 가스의 반사 중성 원자들의 에너지를 Monete Carlo simulation에 의한 계산한 결과는 실험 결과와 잘 일치함을 알 수 있었다.

Keywords

References

  1. R. Latz, K. Michael and M. Scherer, 'High Conducting Large Area Indium Tin Oxide Electrodes for Displays Prepared by DC Magnetron Sputtehng,' Jpn. J. Appl. Phys., 30 [2A] L149-51 (1991) https://doi.org/10.1143/JJAP.30.L149
  2. S. Takaki, Y. Shigesato, H. Harada, H. K.ojima, T. Oyama and T. Haranou, 'Prepartion of Highly Conducting ITO Electrodes on Color Filters by Highly Dense Plasma Assisted EB Evaporation,' SID 90 DIGEST, 76-9 (1990)
  3. Z. C. Jin, I. Harmberg and C. G. Granqvist, 'Optical Properties of Sputter deposited ZnO:A1 Thin Films,' J. Appl. Phys., 64 5117-31 (1988) https://doi.org/10.1063/1.342419
  4. W. M. Duncan, J. W. Lee, R. J. Matyi and H. Y. Liu, 'Photoluminescence and X-ray Properties of Heteroepitaxial Gallium Arsenide on Silicon,' J. Appl. Phys., 64 2161-64(1986)
  5. T. Minami, T. Miyata and T. Yamamoto, 'Stability of Tran-parent Conducting Oxide Films for Use at High Temperatures,' J. Vac. Sci. Technol., A17 [4] 1822-26 (1999)
  6. P. K. Song, Y. Shigesato, M. Kamei and I. Yasui, 'Electhcal and Structiral Properties of Tindoped Indium Oxide Films Deposited by DC Sputtering at Room Temperature,' Jpn. J. Appl. Phys., 38 [5A] 2921-27 (1999) https://doi.org/10.1143/JJAP.38.2921
  7. K. Tominaga, T. Yuasa, M. Kume and O. Tada, 'Influence of Energetic Oxygen Bombardment on Conductive Films,' Jpn. J. Appl. Phys., 24 944-49 (1985) https://doi.org/10.1143/JJAP.24.944
  8. M. Kon, P. K. Song, A. Mitsui and Y. Shigesato, 'Crys tallinity of Gallium doped Zinc Oxide Films Deposited DC Magnetron Sputtering Using Ar, Ne or Kr Gas,' Jpn. J. Appl. Phys., 41 [10] 6174-79 (2002) https://doi.org/10.1143/JJAP.41.6174
  9. P. K. Song, M. Watanabe, M. Kon, A. Mitsui and Y. Shigesato, 'Electrical and Optical Properties of gallium Doped Zinc Oxide Films Deposited by DC Magnetron Sputtering,' Thin Solid Films, 411 82-6 (2002) https://doi.org/10.1016/S0040-6090(02)00192-X
  10. H. P. Klug and L. E. Alexander, 'X-ray Diffaction Pro- cedures for Polycrystalline and Amorphous Material,' 2nd Ed. by Chap.9 (Wiley, New York, 1974)
  11. T. Minami, 'Trend of ZnO based Transparent Conductive Oxide Films(w Jpn.);' Monthly Display, 5 [9] 10-5 (1999)
  12. T. Motohiro and Y. Taga, 'Monte Carlo Simulation of the Particle Transport Process in Sputter Deposition,' Thin Solid Films, 112 161-73 (1984) https://doi.org/10.1016/0040-6090(84)90493-0
  13. P. K. Song, Y. Shigesato, I. Yasui, C. W. Ow Yang and D. C. Paine, 'Study on Crystallinity of Tin doped Indium Oxide Films Deposited by DC Magnetron Sputtering,' Jpn. J. Appl. Phys., 37 [4A] 1870-76 (1998) https://doi.org/10.1143/JJAP.37.1870
  14. P. K. Song and Y. Shigesato, 'Structural Control of TCO Films,' J. Surf. Fin. Soc. of Jpn., 50 [9] 8-13 (1999)
  15. H. D. Hagstrum, 'Auger Ejection of Electrons from Molybdenum by Noble Gas Ions,' Phys. Rev., 104 [3] 672-83 (1953)
  16. J. A. Thornton and D. W. Hoffman, 'The Influence of Discharge Current on the Intrinsic Stress in Mo Films Deposited Using Cylinderical and Planar Magnetron Sputtering Source,' J. Vac. Sci. Technol., A3 [3] 576-79 (1984)