• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제30권3호
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• pp.94-101
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• 2023

투명 전도성 산화물(TCO)를 대체할 수 있는 대표적인 물질로 알려진 ZnO는 3.37 eV의 bandgap과 60 meV의 exciton binding energy를 가진 반도체 물질이다. 본 연구에서는 투명 전극으로 사용하기 위한 높은 전기적 특성을 확보하기 위해 원자층 증착법을 기반으로 양이온과 음이온의 단일 및 이중 도핑에 따라 성장한 ZnO 박막을 제작하였다. 3가 양이온 Al, Ga과 음이온 F이 단일 및 이중 도핑된 ZnO 박막의 구조적, 광학적 특성 및 전기적 특성을 확인하였다. 단일 도핑의 경우, ZnO에 donor로 작용하는 Al, Ga, F에 의해 캐리어 농도가 도핑 전에 비해 증가하였고 근자외선 영역에서의 band-edge absorption이 증가하는 것을 확인하였다. 단일 도핑 중에서는 F이 ZnO 내 산소 공공 자리에 passivation 되면서 높은 mobility와 함께 가장 높은 전도도를 보였다. 이중 도핑의 경우, 각 원소들의 도핑 효과가 더해지면서 단일 도핑에 비해 높은 전기적 특성을 보였다. 결과적으로 Ga-F에 비해 Al-F 도핑 시 ionic radius 차이에 의한 lattice distortion 감소 및 delocalized 된 전자 상태의 증가로 가장 낮은 비저항 값을 보였으며 PDOS 분석을 통한 시뮬레이션 데이터로 측정 값과 일치하는 결과를 확인했다.

• 조명전기설비학회논문지
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• 제24권4호
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• pp.110-115
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• 2010

본 논문에서는 rf 마그네트론 스퍼터링 기술을 이용하여 코닝 글라스 기판 위에 갈륨이 도핑된 산화아연(GZO)을 투명 전도막으로 제작하여 그 전기적 및 광학적 특성을 조사하였다. GZO 박막의 제작은 Zn : 97[wt%], $Ga_2O_3$ : 3[wt%]의 GZO 세라믹 타겟을 이용하였으며, 기판온도 및 산소압력과 같은 증착조건을 변화시키며 증착하였다. 본 연구에서 제작된 GZO 박막중 기판온도 200[$^{\circ}C$], Ar 50[sccm], $O_2$ 5[sccm], rf power 80[W] 및 증착압력 5[mtorr]의 조건에서 제작된 박막에서 가시광 영역에서 90[%] 이상의 높은 가시광 투과율, $2.536{\times}10^{-4}[{\Omega}{\cdot}cm]$의 비저항, $7.746{\times}10^{20}[cm^{-3}]$의 캐리어 농도 및 31.77[$cm^2V{\cdot}S$]의 캐리어 이동도로 가장 좋은 전기적 특성이 관찰되었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.95.1-95.1
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• 2010

Transparent conducting ZnO films were deposited to apply DSSC Substrate on glass substrates at $500^{\circ}C$ by ionbeam-assisted deposition. Crystallinity, microstructure, surface roughness, chemical composition, electrical and optical properties of the films were investigated as a function of deposition parameters such as ion energy, and substrate temperature. The microstructure of the polycrystalline ZnO films on the glass substrate were closely related to the oxygen ion energy, arrival ratio of oxygen to Zinc Ion bombarded on the growing surface. The main effect of energetic ion bombardment on the growing surface of the film may be divided into two categories; 1) the enhancement of adatom mobility at low energetic ion bombardment and 2) the surface damage by radiation damage at high energetic ion bombardment. The domain structure was obtained in the films deposited at 300 eV. With increasing the ion energy to 600 eV, the domain structure was changed into the grain structure. In case of the low energy ion bombardment of 300 eV, the microstructure of the film was changed from the grain structure to the domain structure with increasing arrival ratio. At the high energy ion bombardment of 600 eV, however, the only grain structure was observed. The electrical properties of the deposited films were significantly related to the change of microstructure. The films with the domain structure had larger carrier concentration and mobility than those with the grain structure, because the grain boundary scattering was reduced in the large size domains compared with the small size grains. The optical transmittance of ZnO films was dependent on a surface roughness. The ZnO films with small surface roughness, represented high transmittance in the visible range because of a decreased light surface scattering. By varying the ion energy and arrival ratio, the resistivity and optical transmittance of the films were varied from $1.1{\times}10^{-4}$ to $2.3{\times}10^{-2}{\Omega}cm$ and from 80 to 87%, respectively. The ZnO film deposited at 300 eV, and substrate temperature of $500^{\circ}C$ had the resistivity of $1.1{\times}10^{-4}{\Omega}cm$ and optical transmittance of 85% in visible range. As a result of experiments, we provides a suggestition that ZnO thin Films can be effectively used as the DSSC substrate Materials.

• 한국결정성장학회지
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• 제22권3호
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• pp.122-126
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• 2012

$Al_2O_3$ 2 wt%가 도핑 된 ZnO(AZO) 타겟으로RF 스퍼터링 장비를 사용하여 $H_2/(Ar+H_2)$ 가스 비율에 따른 AZO 박막을 증착 후, 이들 박막의 특성을 조사하였다. AZO 박막은 $200^{\circ}C$, $2{\times}10^{-2}$ 공정조건에서 $H_2/(Ar+H_2)$ 가스 비율을 변화시키면서 증착하였다. AZO박막증착 중 수소가스의 첨가는 박막의 특성에 영향을 미쳤다. $H_2/(Ar+H_2)$ 가스 비율이 2.5 %일 때 비 저항(${\sim}9.21{\times}10^{-4}\;{\Omega}cm$)과 전자 이동도(${\sim}17.8\;cm^2/Vs$)는 각각 최소값과 최대값을 나타내었다. $H_2/(Ar+H_2)$ 가스 비율이 2.5 % 이상일 때는 $H_2/(Ar+H_2)$ 가스 비율이 증가할수록 비저항은 점차로 증가하였고 전자 이동도는 점차적으로 감소하였다. 전자 운반자 농도는 $H_2/(Ar+H_2)$ 가스 비율이 증가함에 따라 0 %에서 7.5 %까지 점차로 증가하였다. $H_2/(Ar+H_2)$ 가스 비율에 따라 증착된 박막의 가시광선 파장 범위에서 평균 광 투과도는 90 % 이상이었고 성장방향은 [002]이었다.

• 한국결정성장학회지
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• 제16권2호
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• pp.59-65
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• 2006

Al이 첨가된 ZnO(ZnO : Al) 박막과 F이 첨가된 ZnO(ZnO : F) 박막을 sol-gel 법을 이용하여 glass 기판위에 코팅하였다. 공통적으로 (002)면의 c-축 배향성을 보였지만 I(002)/[I(002) + I(101)]와 FWHM(full width at half-maximum) 값은 차이를 보였다. 특히 입자크기에 있어서는 ZnO : Al 박막에서 첨가농도가 증가함에 따라 입자크기가 감소한 반면 ZnO : F 박막에서는 F 3 at%까지 입자크기가 증가하다가 그 이후로 다시 감소하는 경향을 보였다. 진기적 성질의 측정을 위해서 Hall effect measurement를 이용하였는데 ZnO : Al 박막의 경우 Al 1 at%에서 비저항이 $2.9{\times}10^{-2}{\Omega}cm$ 이었고 ZnO : F에서는 F 3 at%에서 $3.3{\times}10^{-1}{\Omega}cm$의 값을 보였다. 또한 ZnO : F 박막은 ZnO : Al 박막에 비해서 캐리어 농도는 낮았지만(ZnO : Al $4.8{\times}10^{18}cm^{-3}$, ZnO : F $3.9{\times}10^{16}cm^{-3}$) 이동도에 있어서 상당히 큰 값(ZnO : Al $45cm^2/Vs$ ZnO:F $495cm^2/Vs$)을 보였다. 가시광선 영역에서의 평균 광투과도에 있어서는 ZnO : Al 박막에서 $86{\sim}90%$의 값을 보였지만 ZnO : F에서는 $77{\sim}85%$로 상대적으로 낮은 광투과도를 나타내었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.335-335
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• 2014

Over the past several years, transparent conducting oxides have been extensively studied in order to replace indium tin oxide (ITO). Here we report on fluorine doped zinc tin oxide (FZTO) films deposited on glass substrates by radio-frequency (RF) magnetron sputtering using a 30 wt% ZnO with 70 wt% SnO2 ceramic targets. The F-doping was carried out by introducing a mixed gas of pure Ar, CF4, and O2 forming gas into the sputtering chamber while sputtering ZTO target. Annealing temperature affects the structural, electrical and optical properties of FZTO thin films. All the as-deposited FZTO films grown at room temperature are found to be amorphous because of the immiscibility of SnO2 and ZnO. Even after the as-deposited FZTO films were annealed from $300{\sim}500^{\circ}C$, there were no significant changes. However, when the sample is annealed temperature up to $600^{\circ}C$, two distinct diffraction peaks appear in XRD spectra at $2{\Theta}=34.0^{\circ}$ and $52.02^{\circ}$, respectively, which correspond to the (101) and (211) planes of rutile phase SnO2. FZTO thin film annealed at $600^{\circ}C$ resulted in decrease of resistivity $5.47{\times}10^{-3}{\Omega}cm$, carrier concentration ~1019 cm-3, mobility~20 cm2 V-1s-1 and increase of optical band gap from 3.41 to 3.60 eV with increasing the annealing temperatures and well explained by Burstein-Moss effect. Change of work function with the annealing temperature was obtained by ultraviolet photoemission spectroscopy. The increase of annealing temperature leads to increase of work function from ${\phi}=3.80eV$ (as-deposited FZTO) to ${\phi}=4.10eV$ ($600^{\circ}C$ annealed FZTO) which are quite smaller than 4.62 eV for Al-ZnO and 4.74 eV for SnO2. Through X-ray photoelectron spectroscopy, incorporation of F atoms was found at around the binding energy of 684.28 eV in the as-deposited and annealed FZTO up to 400oC, but can't be observed in the annealed FZTO at 500oC. This result indicates that F atoms in FZTO films are loosely bound or probably located in the interstitial sites instead of substitutional sites and thus easily diffused into the vacuum from the films by thermal annealing. The optical transmittance of FZTO films was higher than 80% in all specimens and 2-3% higher than ZTO films. FZTO is a possible potential transparent conducting oxide (TCO) alternative for application in optoelectronics.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.170-170
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• 2010

Thin-film transistors (TFT) have become the key components of electronic and optoelectronic devices. Most conventional thin-film field-effect transistors in display applications use an amorphous or polycrystal Si:H layer as the channel. This silicon layers are opaque in the visible range and severely restrict the amount of light detected by the observer due to its bandgap energy smaller than the visible light. Therefore, Si:H TFT devices reduce the efficiency of light transmittance and brightness. One method to increase the efficiency is to use the transparent oxides for the channel, electrode, and gate insulator. The development of transparent oxides for the components of thin-film field-effect transistors and the room-temperature fabrication with low voltage operations of the devices can offer the flexibility in designing the devices and contribute to the progress of next generation display technologies based on transparent displays and flexible displays. In this thesis, I report on the dc performance of transparent thin-film transistors using amorphous indium tin zinc oxides for an active layer. $SiO_2$ was employed as the gate dielectric oxide. The amorphous indium tin zinc oxides were deposited by RF magnetron sputtering. The carrier concentration of amorphous indium tin zinc oxides was controlled by oxygen pressure in the sputtering ambient. Devices are realized that display a threshold voltage of 4.17V and an on/off ration of ${\sim}10^9$ operated as an n-type enhancement mode with saturation mobility with $15.8\;cm^2/Vs$. In conclusion, the fabrication and characterization of thin-film transistors using amorphous indium tin zinc oxides for an active layer were reported. The devices were fabricated at room temperature by RF magnetron sputtering. The operation of the devices was an n-type enhancement mode with good saturation characteristics.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제14권3호
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• pp.1-6
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• 2007

본 연구에서는 유기박막트랜지스터(OTFT, Organic Thin film Transistor)에 응용을 위해 용액(soluble) 공정을 통하여 제작된 pentacene 박막의 특성을 분석하여 pentacene 박막의 OTFT 소자에 적용 가능성을 조사하였다. Pentacene을 용해시키기 위해 toluene과 chloroform의 두 종류의 용제를 사용하였으며, 이들 용제가 pentacene 박막의 특성에 미치는 영향을 연구하였다. Pentacene 용액은 ITO/Glass 기판위에 spin-coating 법으로 유기 반도체 박막을 제작하여 각 박막의 표면형상, 결정화 특성과 전기적 특성을 조사하였다. AFM을 이용한 표면 형상 관찰 결과 chloroform을 이용한 pentacene 박막이 toluene을 이용한 박막에 비하여 표면 거칠기가 개선되는 경향을 보여주었다. XRD 회절 분석 결과 모든 pentacene 박막 시료에서 결정화가 되지 않은 비정질 형태를 보여주었다. Hall effect measurement 분석 결과 chloroform 용제를 이용한 pentacene 박막이 toluene용제를 사용한 시료에 비해 보다 우수한 전기적 특성을 나타내었다. 즉, chloroform에 용해된 pentacene 박막의 경우 전하농도와 이동도는 $-3.225{\times}10^{14}\;cm^{-3}$와 $3.5{\times}10^{-1}\;cm^2\;V^{-1}{\cdot}S^{-1}$를 각각 나타내었다. 또한 비저항은 약 $2.5{\times}10^2\;{\Omega}{\cdot}cm$를 얻었다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제24권2호
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• pp.43-48
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• 2017

SnO:Sn(80:20 mol%) 혼합 타겟을 이용한 RF 반응성 스퍼터링으로 투명하고 전도성이 있는 $Sn_xO_y$ 박막을 증착하였다. 혼합 타겟은 화학적으로 안정한 조성과 높은 투과도를 주는 세라믹 타겟과 Sn과 산소의 반응성 증착으로 박막내 구조적 결함 조절이 용이한 금속 타겟의 장점을 고루 택하고 있다. 산소 분압 0%~12% 구간에서 박막을 증착하였으며, 증착 후 $300^{\circ}C$에서 1시간 동안 진공 열처리를 진행하였다. Sn 함량이 많은 $P_{O2}=0%$의 경우를 제외하고 모든 시편들은 열 처리 전후에 80~90% 이상의 투과도를 보였으며, 안정된 p형 $Sn_xO_y$ 박막은 $P_{O2}=12%$에서 확인하였고, $P_{O2}=12%$에서 열 처리 후 캐리어 농도와 이동도는 각각 $6.36{\times}10^{18}cm^{-3}$와 $1.02cm^2V^{-1}s^{-1}$ 이었다.

• 한국진공학회지
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• 제22권3호
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• pp.119-125
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• 2013

In-line magnetron sputtering system을 사용하여 대면적($60{\times}60cm^2$) 소다라임 유리기판위에 투명전도성 ZnO(Al)와 ZnO(AlGa) 박막을 500 nm에서 1,450 nm까지 두께별로 증착하여 전기적, 광학적 특성을 연구하였다. XRD를 통해 c-축 방향성(002)을 가지고 성장된 것을 확인 하였다. Hall 특성 분석을 통해 이동도 및 캐리어 농도의 특성을 확인 하였으며, 그에 따른 ZnO(AlGa)의 비저항이 $9.03{\times}10^{-4}{\Omega}{\cdot}cm$에서 $7.83{\times}10^{-4}{\Omega}{\cdot}cm$으로 ZnO(Al) 보다 높게 나타났으며, 가시광선 영역에서 투과율은 87.6%에서 84.3%으로 나타났다. 따라서 ZnO(AlGa)는 전기적 특성이 우수하고 높은 투과율로 대면적용 투명전도성 재료로의 활용에 적합한 특성을 지닌 것을 확인 할 수 있었다.