• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.30 no.6
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• pp.372-375
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• 2017

ZnO thin films were deposited by RF magnetron sputtering and then diffused by using an As source in the ampouletube. Also, the ZnO p-n homojunction was made by using As-doped ZnO thin films, and its properties were analyzed. After the As doping, the surface roughness increased, the crystal quality deteriorated, and the full width at half maximum was increased. The As-doped ZnO thin films showed typical p-type properties, and their resistivity was as low as $2.19{\times}10^{-3}{\Omega}cm$, probably because of the in-diffusion from an external As source and out-diffusion from the GaAs substrate. Also, the ZnO p-n junction displayed the typical rectification properties of a p-n junction. Therefore, the As diffusion method is effective for obtaining ZnO films with p-type properties.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2010.05a
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• pp.36.1-36.1
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• 2010

While the substrate-type solar cells with Cu(In,Ga)Se2 absorbers yield conversion efficiencies of up 20%[1], the highest published efficiency of Cu(In,Ga)Se2 superstrate solar cell is only 12.8% [2]. The commerciallized Cu(In,Ga)Se2 solar cells are made in the substrate configuration having the stacking sequence of substrate (soda lime glass)/back contact (molybdenum)/absorber layer (Cu(In,Ga)Se2)/buffer layer (cadmium sulfide)/window layer (transparent conductive oxide)/anti reflection layer (MgF2) /grid contact. Thus, it is not possible to illuminate the substrate-type cell through the glass substrate. Rather, it is necessary to illuminate from the opposite side which requires an elaborate transparent encapsulation. In contrast to that, the configuration of superstrate solar cell allows the illumination through the glass substrate. This saves the expensive transparent encapsulation. Usually, the high quality Cu(In,Ga)Se2 absorber requires a high deposition temperature over 550C. Therefore, the front contact should be thermally stable in the temperature range to realize a successful superstrate-type solar cell. In this study, it was tried to make a decent superstrate-type solar cell with the thermally stable ZnO:Al layer obtained by adjusting its deposition parameters in magnetron sputtering process. The effect of deposition condition of the layer on the cell performance will be discussed together with hall measurement results and current-voltage characteristics of the cells.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.283.2-283.2
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• 2016

최근 ZnO는 무독성, 저가격, 수소 플라즈마에 대한 내구성 및 열적 안정성 등의 활발히 연구되고 있으며, III족 원소(Al, Ga, In) 불순물을 도핑하여 전기적 성질의 열적 불안정성을 해결하고 전기적 성질을 향상 시키고 또한 밴드갭 에너지가 3.3 eV 이상으로 증가하여 가시광선 영역에서 광투과율이 높은 투명도 전성 재료를 제공할 수 있다. 본 연구에서는 RF Magnetron Sputtering을 이용하여 내열성과 광학적 측면에서 우수한 성능을 가지는 PES 기판에 표면 에너지를 높이고 치밀한 구조의 박막을 증착하기 위해서 $O_2$ 플라즈마 처리를 하여 ZnO계 투명 전도막을 제작함으로써 투명전극에서 요구하는 $10^{-3}{\Omega}{\cdot}cm$ 이하의 낮은 비저항과 80% 이상의 광투과율을 가지는 방안에 대하여 연구하였다. PES 기판 위에 고밀도 $O_2$ 플라즈마를 이용하여 전 처리를 실시한 후 4인치의 Al-doped ZnO(ZnO 98 wt% : $Al_2O_3$ 2 wt%), AZO의 타겟을 이용하여 상온에서 RF Magnetron Sputtering 법으로 AZO 박막을 증착하였다. PES 기판상의 AZO 박막 두께가(100~400nm) 증가함에 따라 캐리어 농도와 홀 이동도가 점차 증가하는 경향을 보였다. 이는 박막 두께가 증가할수록 면저항과 비저항은 감소하며 결정립 크기가 커지고 결정입계에서 산란이 줄어들기 때문에 전기적 특성이 개선된 것으로 판단된다. 고밀도 $O_2$ 플라즈마 표면처리 시간이 증가함에 따라 플라스틱 기판의 결합에너지와 부착력이 증가하여 AZO 박막의 결정립 크기를 증가시키며, 접촉각은 감소하였다. 또한 급속열처리 온도가 증가함에 따라 전기적 특성과 광학적 특성이 향상됨을 확인할 수 있었다. 제작된 AZO 박막은 급속열처리 시간 10분에서 온도 $200^{\circ}C$일 때, 캐리어 농도 $2.32{\times}10^{21}cm^{-3}$, 홀 이동도 $4.3cm^{-2}/V$로 가장 높은 것을 확인할 수 있었고, 가장 낮은 비저항 $1.07{\times}10^{-3}{\Omega}{\cdot}cm$과 가시광 영역(300 nm ~ 1100 nm)에서의 AZO 박막의 광 투과율은 약 86%를 얻을 수 있었다.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.24 no.6
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• pp.491-496
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• 2011

Al-doped ZnO film on glass substrate is deposited by ALD in low temperature, using 4-step process (DEZ-$H_2O$-TMA-$H_2O$). To find out the optimal film condition for TCO material, we fabricate Al-doped ZnO films by increasing Al doping concentration at $100^{\circ}C$, so that the Al-doped film of 5 at% shows the lowest resistivity ($1.057{\times}10^{-2}{\Omega}{\cdot}cm$) and the largest grain size (38.047 nm). Afterwards, the electrical and physical characteristics in Al-doped films of 5 at% are also compared in accordance with increasing deposition temperature. All the films show the optical transmittance over 80% and the film deposited at $250^{\circ}C$ demonstrates the superior resistivity ($1.237{\times}10^{-4}{\Omega}{\cdot}cm$).

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.28 no.5
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• pp.291-294
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• 2015

Recently, ZnO based oxide TFTs used in the flexible and transparent display devices are widely studied. To apply to OLED display switching devices, electrical performance and stability are important issues. In this study, to improve these electrical properties, we fabricated TFTs having Al doped Zinc Oxide (AZO) layer inserted between the gate insulator and ZnO layer. The AZO and ZnO layers are deposited by Atomic layer deposition (ALD) method. I-V transfer characteristics and stability of the suggested devices are investigated under the positive gate bias condition while the channel defects are also analyzed by the photoluminescence spectrum. The TFTs with AZO layer show lower threshold voltage ($V_{th}$) and superior sub-threshold slop. In the case of $V_{th}$ shift after positive gate bias stress, the stability is also better than that of ZnO channel TFTs. This improvement is thought to be caused by the reduced defect density in AZO/ZnO stack devices, which can be confirmed by the photoluminescence spectrum analysis results where the defect related deep level emission of AZO is lower than that of ZnO layer.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.30 no.4
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• pp.204-210
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• 2020

ZnO thin films are of considerable interest because they can be customized by various coating technologies to have high electrical conductivity and high visible light transmittance. Therefore, ZnO thin films can be applied to various optoelectronic device applications such as transparent conducting thin films, solar cells and displays. In this study, ZnO rod and thin films are fabricated using aqueous chemical bath deposition (CBD), which is a low-cost method at low temperatures, and environmentally friendly. To investigate the structural, electrical and optical properties of ZnO for the presence of citrate ion, which can significantly affect crystal form of ZnO, various amounts of the citrate ion are added to the aqueous CBD ZnO reaction bath. As a result, ZnO crystals show a nanorod form without citrate, but a continuous thin film when citrate is above a certain concentration. In addition, as the citrate concentration increases, the electrical conductivity of the ZnO thin films increases, and is almost unchanged above a certain citrate concentration. Cu(In,Ga)Se₂ (CIGS) solar cell substrates are used to evaluate whether aqueous CBD ZnO thin films can be applicable to real devices. The performance of aqueous CBD ZnO thin films shows performance similar to that of a sputter-deposited ZnO:Al thin film as top transparent electrodes of CIGS solar cells.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.74-74
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• 2011

최근 새로운 형태의 디스플레이에 관한 관심이 집중되고 있다. 이들 중 특히 투명 산화물 반도체는 기존의 실리콘 기반의 반도체에 비해 가시광 영역에서 높은 투과도를 보이며, 또한 기존의 비정질 실리콘 소자에 비해서 10 cm2/Vs이상의 높은 전하 이동도 값을 가진다. 본 연구에서는 투명 산화물 반도체 소재 중 InGaZnO4를 사용하여 펄스 레이저 방법으로 Al2O3 (0001)기판 위에 비정질 상태인 a-InGaZnO4 박막을 성장 시켰다. 박막의 증착 온도를 변화(RT, $50^{\circ}C$, $150^{\circ}C$, $250^{\circ}C$, $450^{\circ}C$, $550^{\circ}C$)시켜 성장된 박막의 구조적, 화학적, 전기적 그리고 광학적 특성을 조사하였다. 증착 온도가 $450{\sim}550^{\circ}C$ 사이에서 박막의 상태가 비정질(amorphous)에서 polycrystalline으로 성장되는 것을 X-Ray Diffraction과 Field Emission-Scanning Electron Microscope를 이용하여 확인하였고 이는 InGaZnO4 박막의 결정화 온도가 $450^{\circ}C$ 이상임을 알 수 있었다. X-ray Photoelectron Spectroscopy를 통해서 target 물질과 성장된 박막의 조성 및 화학적 상태를 고찰한 결과, 박막의 결정성 변화가 화학적 상태 변화와는 무관하다는 사실을 알 수 있었다. 온도 의존 비저항 측정을 통해 박막이 반도체 성향을 가지는 것을 확인 하였다. 또한 Hall 측정 결과 증착 온도가 올라 갈수록 전하 밀도는 증가 하지만, 전하 이동도는 다결정 박막($550^{\circ}C$)에서 급격히 감소하고, 이로 인해 비저항 값이 크게 증가함을 알 수 있었다. 이는 다결정 박막 내 존재하는 grain boundary들이 이동도 값에 영향을 준다는 것으로 추측할 수 있다. Ultra violet-Visible-Near Infrared 측정을 통해 가시광 영역에서 80%이상의 투과율을 나타내며 증착 온도가 증가함에 따라 에너지 밴드갭(Eg)이 커지는 것을 확인 할 수 있는데 이는 Hall 측정 결과에서 확인한 전하 밀도의 증가로 인해 에너지 밴드갭이 커지는 Burstein-Moss 효과로 설명할 수 있다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.11a
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• pp.153-153
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• 2008

최근 투명전극물질이 LCD, 박막태양전지, smart window, 유기발광소자 등에 폭넓게 이용됨에 따라 그 수요가 급격이 늘어나고 있다. 이러한 투명전극 물질로는 Al : ZnO, Ga : ZnO, $MgIn_2O_4$, $AgSbO_3$, $InGaZnO_4$, ITO, Zn:ITO 등이 있으며 이중 ITO 계 산화물은 우수한 전기적 특성을 바탕으로 이미 상용화 되어있는 상태이다. 그러나 ITO 계 산화물은 indium 의 희소성과 높은 가격 때문에 폭 넓은 분야의 상용화가 어려운 실정이며, 수소 플라즈마 분위기에 화학적으로 불안정한 특성은 Si 박막태양전지 응용에 큰 문제가 되고 있다. 이에 본 연구는 박막태양전지용 ITO 계 투명전극의 indium양을 줄이면서 화학적으로 안정하고, 전기적 특성이 향상된 박막을 제조하기 위해 combinatorial sputter를 이용하여 Zn의 도핑량을 연속적으로 변화시킨 ITO 박막을 제조하였다. 또한 광학적 전기적 특성의 향상을 위해 vacuum, $H_2$, $O_2$ 분위기에서 열처리 후 각 박막의 특성 변화를 관찰하였다.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.25 no.10
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• pp.811-816
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• 2012

The effect of co-sputtering condition on the structural properties of $Mg_xZn_{1-x}O$ thin films grown by RF magnetron co-sputtering system was investigated for manufacturing ZnO/MgZnO structure LED. $Mg_xZn_{1-x}O$ thin films were grown with ZnO and MgO target varying RF power. Structural properties were investigated by X-ray diffraction (XRD) and Energy dispersive spectroscopy (EDS). The ZnO thin films have sufficient crystallinity on the high RF power. As RF power of ZnO target increased, the contents of MgO in the $Mg_xZn_{1-x}O$ film decreased. LED was manufactured using ZnO/MgZnO multi-layer on p-GaN/$Al_2O_3$ substrate. Threshold voltage of multi-layer LED was appeared at 8 V, and it was luminesced at wave length of 550 nm.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.104-104
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• 2011

ZnO는 3.37 eV의 넓은 에너지 밴드갭을 갖는 투명 전도성 반도체이며 우수한 전기적, 광학적 특성으로 인해 광원소자 개발을 위한 새로운 물질로 많은 주목을 받아왔다. 더욱이, ZnO는 쉽게 나노구조 형성이 가능하기 때문에 이를 응용한 가스센서, 염료감응태양전지, 광검출기 등의 소자 개발이 활발히 이루어지고 있다. 최근에는 GaN 기반 발광다이오드 (light emitting diode, LED)의 광추출 효율을 향상시키기 위한 ZnO 나노구조 응용에 관한 연구가 보고되고 있다. GaN 기반 LED의 경우 반도체 물질과 공기 사이의 높은 굴절률 차이로 인하여 낮은 광추출 효율을 나타낸다. 이를 해결하기 위한 방법으로 표면 roughening, texturing 등 에칭공정을 이용해 광추출 효율을 개선하려는 연구들이 보고되고 있으나, 복잡한 공정과정을 필요로 하고 에칭공정에 의한 소자 표면 손상으로 전기적 특성이 나빠질 수 있다. 반면 전기화학증착법으로 성장된 ZnO 나노구조를 이용할 때, 보다 간단한 방법으로 쉽고 빠르게 나노구조를 형성할 수 있고 낮은 공정온도를 가지기 때문에 소자의 전기적 특성에 큰 영향을 주지 않는다. 수직방향으로 잘 정렬된 ZnO 나노구조를 갖는 LED의 경우 내부 Fresnel 반사 손실을 효과적으로 줄여 발광 효율을 크게 향상시킬 수 있다. 따라서, ZnO 나노구조의 성장제어 및 성장특성을 분석하는 것은 매우 중요하다. 본 연구에서는 ITO glass 위에 ZnO 나노구조를 성장하고 그 특성을 분석하였다. ITO glass 기판 위에 RF magnetron 스퍼터를 사용하여 Al 도핑된 ZnO (AZO)를 얇게 증착한 후 전기화학증착법으로 ZnO 나노구조를 성장하였다. 농도, 인가전압, 공정시간 등 다양한 공정조건을 변화시키면서 성장 메커니즘을 분석하였고, scanning electron microscope (SEM) 및 X-ray diffraction (XRD)을 통하여 구조 및 결정성 등을 분석하였다. 또한, UV-Visible-NIR spectrophotometer를 사용하여 투과율을 실험적으로 측정하여 ZnO 나노구조의 광학적 특성을 분석하였고, rigorous coupled wave analysis (RCWA) 방법을 사용하여 계면에서 발생하는 내부 반사율을 계산함으로써 나노구조의 효과를 이론적으로 분석하였다.