• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.19 no.3
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• pp.206-210
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• 2010

Al-doped ZnO thin films were deposited with various Ar flow rate by RF magnetron sputtering, and theire properties were studied. A high-quality thin film was obtained by controlling the Ar flow rate, and the influence of the Ar flow rate on the Al-doped ZnO thin film was confirmed. In all Al-doped ZnO thin films, light transmittance had above 80%. Through Hall measurement and X-ray photoelectron spectrometer, the sample of 60 sccm, which had the lowest resistivity, showed the lower Al concentration. This result was attributed to oxygen vacancy rather than Al concentration.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.06a
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• pp.175-175
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• 2008

투명전극으로 사용되고 있는 Indium tin oxide (ITO) 박막은 전기적 전도도와 기판과의 접확성, 화학적 안정성, 광투과율 등의 특성과 함께 우수한 전기 광학적 거동을 보이고 있다. 그러나 ITO는 고가의 재료이기 때문에 대체 투명전극으로 Al을 도핑한 ZnO 박막의 연구가 활발히 진행되고 있다. ZnO:Al 박막은 chemical vapor deposition, reactive magnetron sputtering, electron-beam evaporation, pulsed laser deposition 등의 당양한 방법을 이용하여 증착하였다. 그러나 최근 낮은 온도에서 대면적의 균일성과 우수한 특성 때문에 atomic layer depositon (ALD) 방법을 이용하여 많은 연구가 진행되고 있으며, 이런 투명전극은 태양전지를 위해 연구되어지고 있다. 따라서 본 연구에서는 ALD 방법으로 Al의 도핑 양을 조절하여, ZnO:Al 박막을 제조하여 그 특성을 평가하고, 또한 ZnO TFT를 제작하여 발표하고자 한다. ZnO와 ZnO:Al 박막은 실리콘과 유리 기판 위에 ALD (Lucida-D200, NCD Technology) 장치로 증착하였다. DEZn, TMA, $H_2O$는 ZnO와 ZnO:Al 박막을 증착하기 위한 전구체와 반응가스로 사용하였다. 증착된 박막은 XRD와 HRTEM을 이용하여 결정구조와 미세구조를 분석하였다. AFM과 4-point probe를 이용하여 증착된 박막의 표면 거칠기와 면저항을 관찰하였다. semiconductor parameter 분석기를 이용하여 제작된 ZnO TFT를 평가하였다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2003.03a
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• pp.191-191
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• 2003

가시광선영역에서 높은 광학적 투명도를 갖는 n-type 반도체인 ZnO 박막은 넓은 범위에서 응용되고 있다. 현재 ZnO 박막의 특성 향상을 위하여 여러 원소(Al, Ga)의 도핑을 시도하고 있다. 특히 Al-doped ZnO 박막은 sol-gel dip coating에 의해서도 높은 전기전도도와 투과율로 활발히 연구되고 있다 본 논문에서는 여러 도핑농도를 갖는 Al-doped ZnO 박막이 sol-gel dip coating법에 의해 준비되었다. Al-doped ZnO 박막은 zinc acetate [Zn($CH_3$COO$_2$)ㆍ2$H_2O$] powder 와 여러 도핑농도를 갖는 aluminum nitrate (Al(NO$_3$)$_3$ㆍ9$H_2O$) powder를 알코올에 용해하여 $H_2O$, Ethylene glycol, Ethylene diamine 등을 첨가하여 제조하였다 XRD와 SEM (Scanning electron microscope)이 막의 상형성 분석을 위해 이용되었으며, 가시광선 영역 투과율(UV/VIS spectrophotometer)과 표면전기저항(four point probe)이 주요 특성으로 분석되었다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 1999.07d
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• pp.1710-1712
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• 1999

암모니아가스에 민감한 In이 도핑된 ZnO(ZnO:In) 박막을 In 박막$(100{\AA})$ 및 ZnO박막$(3000{\AA})$의 연속적인 증착과 열처리공정을 통하여 제조하고, 이와 같은 방법으로 Al과 In이 도핑된 ZnO (ZnO:Al, In) 박막을 In 박막과 ZnO:Al 박막의 연속적인 증착과 같은 조건에서의 열처리를 통하여 제조하였다. 기판은 $1000{\AA}$의 산화막이 열적으로 성장되어 있는 Si 기판을 사용하였다. In/ZnO 및 In/ZnO:Al 박막 이중층의 열처리온도에 따른 구조적 및 전기적 특성을 x-선회절기, 주사전자현미경, 오제전자분광법 및 4점측정시스템을 통하여 조사하였다. 이들 막에 대하여 열처리온도에 따른 암모니아가스에 대한 감도, 선택성 및 시간응답특성을 구하였다. 열처리온도 $400^{\circ}C$, 동작온도 $300^{\circ}C$에서 100 ppm의 암모니아가스를 주입한 결과 140 %의 최대감도를 나타내었으며 CO, $NO_x$ 가스에 대한 감도는 아주 낮은 것으로 나타났다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2012.05a
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• pp.245-246
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• 2012

Al 농도를 0 부터 2 at.% 까지 조절하여 도핑된 $Cd_{0.5}Zn_{0.5}O$ 박막을 석영 기판 위에 성장하였다. Al 도핑된 $Cd_{0.5}Zn_{0.5}O$ 박막의 구조적, 광학적 특성을 조사하기 위해 field-emission scanning electron microscopy, X-ray diffraction (XRD), photoluminescence (PL), 그리고 ultraviolet-visible (UV) spectroscopy을 사용하였다. 광학적 밴드갭은 Al 도핑 농도가 증가함에 따라 2.874 (0 at.%), 2.874 (0.5 at.%), 3.029 (1.0 at.%), 3.038 (1.5 at.%), 3.081 eV (2.0 at.%)로 증가하였다. Urbach energy는 도핑 농도에 따라 각각 464 (0 at.%), 585 (0.5 at.%), 571 (1.0 at.%), 600 (1.5 at.%), 470 meV (2.0 at.%)이었다. 또한, Al 농도가 증가함에 따라 $Cd_{0.5}Zn_{0.5}O$ 박막의 표면, 구조적 및 광학적 특성이 크게 변화되었다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.22 no.5
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• pp.257-261
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• 2013

We have studied structural, optical, and electrical properties of the Al-doped ZnO (AZO) thin films using RF magnetron sputtering with various working pressure. To find optimal properties of AZO for transparent conducting oxides, the working pressure in sputtering process was varied as 0.07 Torr, 0.02 Torr, and 0.007 Torr, respectively. As working pressure increased, the crystallinity of AZO thin film was improved, the surface roughness of AZO thin film decreased. The transmittance of the film was over 80% in the visible light range regardless of the changes in working pressure. In case of 0.007 Torr, best electrical properties was shown due to the reduction of oxygen absorption by decreasing surface roughness.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.88-88
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• 2011

ZnO는 직접 천이형 반도체로써, 상온에서 3.4eV에 해당하는 띠틈을 가지고 있다. 뿐만 아니라 60meV의 큰 엑시톤 결합에너지를 가지고 있어 단파장 광전 소자 영역의 LED(Light Emitting Diode)나 LD(Laser Diode)에 널리 사용되고 있다. 하지만 일반적으로 격자틈새 Zn(Zni2+)이온이나 O 빈자리(V02+)이온과 같은 자연적인 도너 이온이 존재하여 n-형 전도성을 나타낸다. 그러므로 ZnO계 LED와 LD의 개발에 있어서 가장 중요한 연구 과제는 재현성 있고 안정된 고농도의 p-형 ZnO박막을 성장시키는 것이다. 하지만, 자기보상효과나 얕은 억셉터 준위, 억셉터의 낮은 용해도로 인하여 어려움을 가지고 있다. 본 연구에서는 고품질의 p-형 ZnO박막을 제작하기 위해 AlN를 도핑시킨 ZnO박막을 RF 마그네트론 스퍼터링 법을 이용하여 Ar과 O2분위기에서 성장시켰다. ZnO와 AlN타겟을 동시에 사용하였으며, ZnO타겟에 걸어준 RF 파워는 80W, AlN타겟에 걸어준 RF 파워는 5~20W로 변화시켰다. 박막의 전기적, 광학적 특성은 XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy), REELS (Reflection Electron Energy Loss Spectroscopy), XRD (X-ray Diffraction), SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry), AES (Auger Electron Spectroscopy), Hall measurement를 이용하여 연구하였다. XPS측정결과, AlN를 도핑시킨 ZnO박막의 Zn2p3/2와 O1s피크는 undoped ZnO박막의 피크보다 낮은 결합에너지에서 측정되었다. 모든 박막이 결정화 되었으며, (002)방향으로 우선적으로 성장된 것을 확인할 수 있었다. 홀 측정 결과, 기판을 $200^{\circ}C$로 가열하면서 성장시킨 박막이 p-형을 나타내었으며, 비저항(Resistivity)이 $5.51{\times}10^{-3}{\Omega}{\cdot}m$, 캐리어 농도(Carrier Concentration)가 $1.96{\times}1018cm^{-3}$, 이동도(Mobility)가 $481cm^2$/Vs이었다. 또한 QUEELS -Simulation에 의한 광학적 특성분석 결과, 가시광선영역에서 투과율이 90%이상으로 투명전자소자로의 응용이 가능하다는 것을 보여주었다.

• Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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• v.44 no.5
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• pp.1-7
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• 2007

AZO thin films have been fabricated on quartz substrate with various Al doping concentrations and annealing temperatures by sol-gel method. The bset condition of (002) orientation and smooth surface (rms = 1.082 nm) is obtained for the AZO thin film doped with 1 mol % Al and annealed at 550 $^{\circ}C$. The optical transmittance of AZO thin films is higher than 80 % in the visible region. We observe that the energy band gap extends with increasing the Al doping concentration. This phenomenon is due to the Burstein-Moss effect. Through the measurement of Hall effect, it is observed that the AZO thin film has larger carrier concentration and smaller electrical resistivity than the pure ZnO thin film. However, the AZO thin film shows the decrease of carrier concentration and the increase of resistivity with the increase of Al concentration, that is due to the segregation of Al at grain boundaries. The maximum carrier concentration of $1.80{\times}10^{19}\;cm^{-3}$ and the minimum resistivity of 0.84 ${\Omega}cm$ are obtained for the AZO thin film doped with 1 mol % Al and annealed at 550 $^{\circ}C$.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.57.2-57.2
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• 2010

투명전도 산화막(Transparent conducing oxide: TCO)은 태양 전지, 터치패널, 가스 센서 등 여러 분야에 적용할 수 있는 물질로서 전기 전도성과 광 투과성을 동시에 가진다. 높은 전기 전도성과 광 투과성을 가지는 Sb:$In_2O_3$(ITO)는 투명전도 산화막 재료로써 가장 일반적으로 사용되고 있으나 인듐의 매장량 한계로 인해 가격이 높다는 단점이 있다. 본 연구에서는 ITO 대체 TCO 물질인 Al doped ZnO(AZO)를 rf magnetron sputter를 이용하여 최적의 수소 도핑량을 찾아 ITO의 전기적 광학적 성질과 비교하였다. AZO 박막은(ZnO:Al2O3 2wt.%)타겟을 이용하여 heater 온도 250도에서 슬라이드 글래스 및 코닝 글래스에 증착시켰고 비교군인 ITO박막은 (In2O3:$SnO_2$ 10wt.%)타겟을 이용하여 수소 도핑 없이 350도로 증착시켰다. AZO 및 ITO 박막의 전기적 특성은 hall measurement를 이용하여 측정하였고, UV-VIS spectrophotometer로 광학적 특성을 측정하였다. 수소 도핑량이 증가함에 따라 AZO 박막의 캐리어 농도가 증가하여 전기적 특성이 향상되었고, 가시광 영역에서 높은 평균 투과도를 유지 하였다. AZO 박막과 ITO 박막의 전기적 및 광학적 특성을 비교한 결과, 최적 수소 도핑량을 가진 AZO 박막은 ITO 박막에 준하는 특성을 보였다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2003.11a
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• pp.175-175
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• 2003

ZnO 박막은 그 동안 어려운 문제로 여겨진 p형 도핑방법이 점차 알려 지면서 발광소자 적용 가능성이 주목받고 있다. ZnO는 발광 스펙트럼(PL) 피크의 날카로움, 높은 exciton 결합에너지, 습식식각의 가능, 벽개면 형성의 용이함 및 동종 기판 적용 가능 등의 본질적인 장점을 지니고 있어 재현성있는 p형 도핑방법 기술이 확립된다면 이를 이용한 발광소자 적용 시 기존의 질화물계에 비하여 우수한 소자 제조 가능성이 있다. 이에 따라 국내외에서 ZnO 박막제조에 관련된 많은 연구들이 진행되고 있다. 특히 ZnO 박막을 발광소자로 적용하기 위해서는 고품질의 에피탁시 박막을 성장시켜야 하며 이를 위하여 MBE, MOCVD, PLD법 등 다양한 에피탁시 박막증착이 시도되고 있다. 또한 보다 양질의 ZnO 박막을 성장시키기 위해 적절한 단결정 기판 및 버퍼층의 탐색과 각 기판에 따른 ZnO 박막의 물성평가 작업도 국내외의 여러 연구그룹에서 진행되고 있다.