금속 나프텐산염을 이용하여 제조한 ZnO 박막의 광학적 특성

Optical Property of Zinc Oxide Thin Films Prepared by Using a Metal Naphthenate Precursor

Zn-나프텐산염을 출발 원료로 사용하고 스핀코팅 - 열분해법을 이용하여 실리카 유리 위에 c축으로 배향된 나노 결정질 ZnO 박막을 제조하였다. X-선 회절 분석을 행한 결과, 모든 시편에서 ZnO (002) 피크만이 관찰되었으며, 박막의 열처리 온도가 증가함에 따라 (002) 피크 강도가 증가하였다. 박막의 표면 미세 구조는 매우 균질하였으며, 입자들 간의 응집은 관찰되지 않았다. 박막의 topology를 주사형 탐침 현미경으로 분석한 결과에 따르면, 실리카 기판 자체의 불균질한 표면 특성과 ZnO 입자의 c축 배향 특성에 의한 것으로 보이는 3차원적인 입자성장이 모든 열처리 온도 영역에 대해 박막의 표면에서 관찰되었다. 고배향된 박막들 중에서 $800^{\circ}C$로 열처리한 박막의 표면이 가장 균질한 특성을 나타내었다. 박막의 가시영역에서의 투과율은 $1000^{\circ}C$로 열처리한 박막을 제외하고 모든 박막에 있어서 80% 이상의 투과율을 나타냈으며, 380~400nm 영역에서 날카로운 absorption edge가 나타났다. 흡수피크를 이용하여 계산된 오든 박막의 에너지 밴드 캡은 ZnO 단결정 및 다른 연구자들에 의해 보고된 박막과 같은 영역에 존재하였다. 본 연구에서 제조된 ZnO 박막들 중에 치밀한 입자 성장과 균질한 표면 특성을 보이는 $600^{\circ}C{\sim}800^{\circ}C$로 열처리된 박막은 UV차단성 투명전도막 및 렌즈 등의 광학소자에 실질적인 응용이 기대 된다.

Highly c-axis oriented nanocrystalline ZnO thin films on silica glass substrates were prepared by spin coating-pyrolysis process with a zinc naphthenate precursor. Only the XRD intensity peak of (002) phase was observed for all samples. With an increase in heat treatment temperature, the peak intensity of (002) phase increases. No significant aggregation of particle was present. From scanning probe microscopy analyses, three-dimensional grain growth, which was thought to be due to inhomogeneous substrate surface and c-axis oriented grain growth of the ZnO phase, was independent on heal-treatment temperature. Highly homogeneous surface of the highly-oriented ZnO film was observed at $800^{\circ}C$. All the films exhibited a high transmittance (above 80%) in visible region except film heat treated at $1000^{\circ}C$, and showed a sharp fundamental absorption edge at about $0.38{\sim}0.40{\mu}m$. The estimated energy band gap for all the films were within the range previously reported for films and single crystal. ZnO films, consisting of densely packed grains with smooth surface morphology were obtained by heat treatment at $600^{\circ}C{\sim}800^{\circ}C$, expected to be ideal for practical application, such as transparent conductive film and optical device.