• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.216.1-216.1
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• 2015

본 연구에서는 용액 공정 기반 AZTO (Aluminum-Zinc-Tin Oxide, AlZnSnO) 박막 트랜지스터를 제작하여 Al (Aluminum) 도핑과 열처리 온도의 가변을 통한 특성 향상을 확인하였다. ZTO 용액의 Zn:Sn 비율(4:7)을 고정하고 Al 도핑(0~8.3%)과 열처리 온도($350{\sim}550^{\circ}C$)를 가변하였다. 실험 결과 Al 도핑이 증가할수록 드레인 전류는 감소하고 문턱 전압이 양의 방향으로 이동하면서 포화 이동도와 아문턱 기울기가 감소하였다. 열처리 온도가 증가할 때는 드레인 전류가 증가하고 문턱 전압은 음의 방향으로 이동하며 이동도와 아문턱 기울기가 증가하였다. Al 도핑은 강한 금속-산소 결합에 의해 oxygen vacancy와 전자 농도가 감소하게 하여 드레인 전류, 이동도, 아문턱 기울기의 감소와 양의 방향 문턱 전압 이동을 야기한다. 열처리 온도가 높아지면 반도체 층의 분자 구조가 더 밀집되고 oxygen vacancy 가 증가하며, 이는 전자 농도의 증가로 이어져 Al 도핑의 효과와 반대의 경향을 보인다. 실험 결과를 통해 Al:Zn:Sn=0.5:4:7의 비율과 $350^{\circ}C$ 열처리 조건에서 문턱 전압과 이동도, 아문턱 기울기, 전류 온오프 비($I_{on}/I_{off}$)가 각각 3.54V, $0.16cm^2/Vs$, 0.43 V/dec, $8.1{\times}10^5$으로 우수한 특성을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2007.11a
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• pp.13-14
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• 2007

투명전극으로 사용되는 ITO는 우수한 전기적, 광학적 특성으로 인하여 널리 사용되고 있다. 하지만, ITO는 저온공정의 어려움과 ITO의 원료물질인 In의 수급이 불안정하여 원자재의 가격이 높고, 수소 플라즈마에 노출시 열화로 인한 광학적 특성의 변화가 문제점으로 지적되고 있다. 본 논문에서는 ITO 투명전극을 대체하기 위한 실험으로 Al 이 도핑된 ZnO(ZnO:Al) 박막을 상온에서 유리기판 위에 RF 마그네트론 스퍼터 법을 이용하여 제조하였다. 증착된 박막은 ITO물질을 대체하기 위한 투명전극으로의 응용을 위해 후 열처리를 실시하였다. 설정된 열처리 온도는 각각 400도와 300도로 설정하였고 열처리 시간에 따른 변화를 관찰하였다. 열처리된 시편은 각각 XRD, SEM, Hall, U/V 측정을 하여 변화를 관찰하였다.

• Journal of Sensor Science and Technology
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• v.8 no.2
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• pp.189-194
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• 1999

The heat treatment effects of the undoped ZnO and Al doped ZnO(AZO) transparent conductive films prepared by rf magnetron sputtering were investigated. The variations of the electrical and optical properties with heat treatment temperature and ambient were studied. The resistivity of the un doped ZnO films heat treated in air and $H_z$ plasma for 1 hour increased rapidly above $200^{\circ}C$ and $300^{\circ}C$, respectively. And that of the ZnO:Al films heat treated in air also increased rapidly above $300^{\circ}C$. On the other hand that of the ZnO:Al films heat treated in $H_z$ plasma was constant regardless of heat treatment temperature. The optical transmittance above 550nm is about 90% for all thin films regardless of impurity doping, the heat treatment temperature and ambient.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.11a
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• pp.359-359
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• 2009

투명전도 산화막 재료로 널리 사용되고 있는 ITO는 전기적 및 광학적 특성이 우수한 장점이 있으나, ITO의 주 재료인 인듐은 매장량이 적어서 가격이 고가인 단점이 있어 대체 재료의 개발이 시급한 상황이다. ITO 대체 TCO로 가장 유력한 후보인 Al doped ZnO(AZO)는 가시광을 투과하는 성질을 가지고 있고, 저온 공정이 가능하다는 장점뿐만 아니라 수소 분위기의 안정성 및 가격이 싸다는 장점이 있다. 본 연구에서는 양이온 금속원소(Al)과 음이온 할로겐 원소(F) 및 수소(H)를 co-doping한 ZnO 박막을 rf 마그네트론 스퍼터를 이용하여 증착한 뒤 도핑량과 진공중에서의 열처리에 따른 전기적 및 광학적 특성에 대해 고찰하였다. Al과 H를 co-doping한 ZnO의 박막의 경우 Al의 농도가 낮은 TCO박막이 전기적 특서에서 더 큰 향상을 보였으며, 동일한 F 함량에서는 H 함량이 늘어날수록 캐리어의 증가해 TCO박막의 전기적 특성이 향상되는 것으로 나타났다. 그러나 진공중의 열처리에 따른 F와 H의 거동은 반대로 나타났다. 이 연구를 통해서 $36.2cm^2$/Vs의 높은 홀 이동도와 $2.9{\times}10^{-4}{\Omega}cm$의 낮은 비저항을 가지는 ZnO계 박막의 제조가 가능하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.06a
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• pp.426-426
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• 2008

ZnO 박막과 Al이 도핑된 ZnO 다결정질 박막을 rf magnetron sputtering 방법을 이용하여 Si(100) 기판과 코닝글라스 기판에 증착하여 박막의 광학적 특성을 Spectro-scopic Ellipsometry (SE, Woollam사)와 UV-VIR-NIR Sphectrophotometry (SP, Varian사)를 사용하여 분석하였다. SE 측정은 입사각도 55도에서 75도까지 5도 간격으로 파장범위 250 - 1700 nm 에서 3 nm 간격으로 측정하였으며, SP 측정은 수직입사로 250-3000 nm 파장범위에서 1 nm 간격으로 투과도와 반사도를 측정하였다. 측정된 데이터들은 Lorentz Oscillator 모델과 Drude free electron 모델이 결합된 분산관계식을 사용하여 전산 맞춤을 하여 분석하였다. ZnO 박막의 optical band gap energy 는 3.3 eV로 측정되었으며, Al 도핑에 따른 자유전하농도가 증가에 의하여 Burstein-Moss 효과에 따르는 optical band gap energy의 증가 거동을 보였다. 또한 자유전하농도 증가에 따라 band edge 부근에서 나타나는 excitonic transition 에 기인하는 유전함수 피크의 broadening이 관찰되었으며, high frequency dielectric constant는 자유 전하농도에 관계없이 3.689${\pm}$0.05 eV 의 값을 가졌다. Drude free electron 모델을 사용하여 plasma frequency를 구하고 이로부터 얻어진 optical mobility 와 Hall mobility를 비교하여 ZnO계 다결정질 박막에서의 결정립계가 이동도에 미치는 영향을 고찰하고자 한다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2011.10a
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• pp.41.2-41.2
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• 2011

Display 산업의 확대로 인해 광학적 특성 및 전기적 특성이 우수한 TCO (Transparent conductive oxide) 연구가 활발히 진행되고 있다. 기존에는 ITO가 대부분의 분야에서 이용되었지만 In의 경제적인 단점으로 인해 새로운 대체물로써 ZnO가 떠오르고 있다. ZnO는 전형적인 n-type 반도체이며, wide band gap 물질로써 Al, Ga, B과 같은 3 족 원소를 doping 함으로써 광학적 및 전기적 특성을 향상시킬 수 있다. 최근에는 ZnO의 이온반경과 비슷한 Ga을 도핑한 Ga-doped ZnO 박막에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이는 ZnO에 Ga을 도핑함으로써 격자결함을 최소화 시키고 carrier concentration 및 hall mobility를 향상시켜 전기전도도의 향상을 이루기 때문이다. 본 연구에서는 $Ga_2O_3$이 3wt% doping 된 ZnO rotating cylindrical target 을 DC magnetron sputtering 을 이용하여 2 kW의 파워와 70 kHz의 주파수를 고정하고, 증착 온도를 변화시켜 유리 기판 위에 Ga-doped ZnO 박막을 증착 하였다. 증착 시 온도가 Ga-doped ZnO 박막에 미치는 영향을 관찰하기 위해 박막 표면의 조성을 분석하였고, 결정성 및 전기적 특성의 변화를 통해 박막의 특성을 비교 평가하였다. Ga-doped ZnO 박막의 표면과 두께는 SEM (Scanning electron microscope) 분석을 통해 관찰하였고, XRD (X-ray diffractometer) 를 이용하여 결정학적 특성을 확인하였다. 또한 Van der Pauw 방법을 이용한 hall 측정을 통해 resistivity, carrier concentration, hall mobility를 분석하였고, UV-Vis를 이용하여 박막의 투과율을 분석하였으며, 이를 토대로 투명 전도막으로써 Ga-doped ZnO 박막의 응용 가능성을 평가하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2006.04a
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• pp.121-121
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• 2006

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2005.11a
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• pp.123-123
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• 2005

• Proceedings of the Korean Ceranic Society Conference
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• 2002.10a
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• pp.193.1-193
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• 2002

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2011.10a
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• pp.42.1-42.1
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• 2011

박막형 디스플레이구서에 있어서 투명전극은 필수적이다. 투명전극은 정보를 표시하기 위해 빛을 외부로 방출시키거나 태양광 등을 소자 내부로 입사시켜야 한다. 또한 전극을 형성하는 박막은 높은 광투과율과 ${\sim}10-4{\Omega}cm$ 정도의 낮은 전기비저항을 가져야 한다. 가장 널리 사용되는 투명전극으로 ITO (Indium Tin Oxide)는 인듐의 독성, 저온증착의 어려움, 스퍼터링시 음이온 충격에 의한 막 손상으로 저항의 증가 및 액정디스플레이의 투명전극으로 사용될 경우 $400^{\circ}C$정도의 높은 온도와 수소플라즈마 분위기에서 장시간 노출시 열화로 인한 광학적 특성변화가 문제로 지적된다. 이러한 문제 해결의 대안으로 ZnO 산화물 반도체가 있는데 ITO 박막에 비해 비저항이 높기 때문에 도핑을 이용한 비저항을 ${\sim}10-4{\Omega}cm$ 정도로 낮추어야 한다. 투명전도막으로는 ITO, FTO 등과 더블어 체적 저항율은 다소 높으나 환원성 분위기에 대한 내성, 가시광 영역에서의 높은 광투과율과 저렴한 가격 등의 장점 등으로 AZO 박막이 주목 받고 있다. ZnO는 ITO 나 FTO에 비해서 700 kJ/mol의 큰 분해에너지를 가지므로 코팅 때 발생하는 전도도 및 투과율이 나빠지는 현상이 발생하지 않는 특징이 있으며, 위의 두 재료에 비해 밴드갭도 가장 낮아서 자외선 투과율이 낮다. 그러나 내습성이 약하기 때문에 이를 보완하기 위하여 내습성향상과 전도성 향상을 위해서 3족 원소인 B, In, Al, Ga 등을 도핑한 ZnO 투명전도막의 연구가 진행되고 있다. 이러한 원소들 중에서 Al로 도핑했을 때 가장 낮은 비저항을 얻을 수 있다고 알려져 있다. 본 연구에서는 SiOC 박막위에 AZO 박막을 제조하기 위하여 RF 마그네트론 스퍼터링법을 이용하여 박막을 성장시켰으며, 박막의 전기적 및 광학적 특성을 조사하였다. AZO 박막은 rf power가 5~200 W인 RF 마그네트론 스퍼터 방법에 의해서 제작되었다. SiOC 박막은 산소와 DMDMOS 전구체의 유량비를 다르게 하여 플라즈마 발생 화학적 기상 증착방법으로 증착되었다. 증착된 SiOC박막은 UV visible spectroscopy에 의해서 분석하였다. 투명전극의 비저항은 rf 전력이 작을 수록 낮았으며, SiOC 절연막 위에 AZO를 증착시킨 후 반사률은 반대로 바뀌는 것을 확인하였다.