• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.17 no.1
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• pp.40-45
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• 2008

We present the effect of Ga-doping on the electrical, structural and optical properties of ZnO layers with a thickness of ${\sim}500nm$ deposited on glass substrates. Polycrystalline ZnO and Ga-doped ZnO (GZO) layers were deposited by radio frequency (rf) magnetron sputtering at room temperature. Based on the X-ray diffraction (XRD) and transmission electron microscopy (TEM) data, the crystalline quality of Ga-doped ZnO film was improved and GZO film has a preferred orientation along with the (002) crystal direction. The transmittance of the GZO film was enhanced by 10% in the visible region from that of the ZnO film. From photoluminescence (PL) data, the ratio of intensity of near band edge (NBE) emission to deep level (DL) emission was as high as 2.65:1 and 1.27:1 in the GZO and ZnO films, respectively. The res istivities of GZO and ZnO films were measured to be 1.27 and 1.61 $\Omega{\cdot}cm$, respectively. The carrier concentrations of ZnO and GZO film were approximately 1018 and 1020 $cm^2$/Vs, respectively. Based on our experimental results, the Ga-doping improves the electrical, structural and optical properties of ZnO film with potential application.

• 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.