• Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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• v.24 no.4
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• pp.110-115
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• 2010

Transparent conducting gallium-doped zinc oxide (GZO) thin films which were deposited on Corning glass substrate using an Gun-type rf magnetron sputtering deposition technology. The GZO thin films were fabricated with an GZO ceramic target (Zn : 97[wt%], $Ga_2O_3$ : 3[wt%]). The GZO thin films were deposited by varying the growth conditions such as the substrate temperature, oxygen pressure. Among the GZO thin films fabricated in this study, the one formed at conditions of the substrate temperature of 200[$^{\circ}C$], Ar flow rate of 50[sccm], $O_2$ flow rate of 5[sccm], rf power of 80[W] and working pressure of 5[mtorr] showed the best properties of an electrical resistivity of $2.536{\times}10^{-4}[{\Omega}{\cdot}cm]$, a carrier concentration of $7.746{\times}10^{20}[cm^{-3}]$, and a carrier mobility of 31.77[$cm^2/V{\cdot}S$], which indicates that it could be used as a transparent electrode for thin film transistor and flat panel display applications.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.162-162
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• 1999

초고주파 집적회로의 핵심소자로 각광을 받고 있는 GaAs MESFET(MEtal-emiconductor)은 게이트 형성 공정이 가장 중요하며, WNx 내화금속을 이용한 planar 게이트 구조의 경우 임계전압(Vth:threshold voltage)의 균일도가 우수할 뿐만 아니라 특히 Side-wall을 이용한 self-align 게이트는 소오스 저항을 줄일 수 있어 고성능의 소자 제작을 가능하게 한다.(1) 본 연구의 핵심이 되는 Side-wall을 형성하기 위하여 PECVD법에 의한 SiOx 박막을 증착하고, 건식식각법을 이용하여 SiOx side-wall을 형성하였다. 이 공정을 이용하여 소오스 저항이 낮고 임계전압의 균일도가 우수한 고성능의 self-aligned gate MESFET을 제작하였다. 3inch GaAs 기판상에 이온주입법에 의한 채널 형성, d.c. 스퍼터링법에 의한 WNx 증착, PECVD법에 의한 SiOx 증착, MERIE(Magnetic Enhanced Reactive Ion Etcing)에 의한 Side-wall 형성, LDD(Lightly Doped Drain)와 N+ 이온주입, 그리고 RTA(Rapid Thermal Annealing)를 사용하여 활성화 공정을 수행하였다. 채널은 40keV, 4312/cm2로, LDD는 50keV, 8e12/cm2로 이온주입하였고, 4000A의 SiOx를 증착한 후 2500A의 Side-wall을 형성하였다. 옴익 접촉은 AuGe/Ni/Au 합금을 이용하였고, 소자의 최종 Passivation은 SiNx 박막을 이용하였다. 제작된 소자의 전기적 특성은 hp4145B parameter analyzer를 이용한 전압-전류 측정을 통하여 평가하였다. Side-wall 형성은 0.3$\mu\textrm{m}$ 이상의 패턴크기에서 수직으로 잘 형성되었고, 본 연궁에서는 게이트 길이가 0.5$\mu\textrm{m}$인 MESFET을 제작하였다. d.c. 특성 측정 결과 Vds=2.0V에서 임계전압은 -0.78V, 트랜스컨덕턴스는 354mS/mm, 그리고 포화전류는 171mA/mm로 평가되었다. 특히 본 연구에서 개발된 트랜지스터의 게이트 전압 변화에 따른 균일한 트랜스 컨덕턴스의 특성은 RF 소자로 사용할 때 마이크로 웨이브의 왜곡특성을 없애주기 때문에 균일한 신호의 전달을 가능하게 한다. 0.5$\mu\textrm{m}$$\times$100$\mu\textrm{m}$ 게이트 MESFET을 이용한 S-parameter 측정과 Curve fitting 으로부터 차단주파수 fT는 40GHz 이상으로 평가되었고, 특히 균일한 트랜스컨덕턴스의 경향과 함께 차단주파수 역시 게이트 바이어스, 즉 소오스-드레스인 전류의 변화에 따라 균일한 값을 보였다. 본 연구에서 개발된 Side-wall 공정은 게이트 길이가 0.3$\mu\textrm{m}$까지 작은 경우에도 사용가능하며, WNx self-align gate MEESFET은 낮은 소오스저항, 균일한 임계전압 특성, 그리고 높고 균일한 트랜스 컨덕턴스 특성으로 HHP(Hend-Held Phone) 및 PCS(Personal communication System)와 같은 이동 통신용 단말기의 MMICs(Monolithic Microwave Integrates Circuits)의 제작에 활용될 것으로 기대된다.

• Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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• v.18 no.10
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• pp.2497-2502
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• 2014

The 5 wt.% Ga-doped zinc oxide (GZO) thin films were fabricated on PES substrates with various RF power 50~80 W by using RF magnetron sputtering in order to investigate the optical and electrical properties of GZO thin films. The XRD measurement showed that GZO thin films exhibit c-axis orientation. At a RF power of 70W, the GZO thin film showed the highest (002) diffraction peak with a Full-Width-Half-Maximum (FWHM) of $0.44^{\circ}$. AFM analysis showed that the lowest surface roughness (0.20 nm) was obtained for the GZO thin film fabricated at 70 W of RF power. The electrical property indicated that the minimum resistivity ($6.93{\times}10^{-4}{\Omega}{\cdot}cm$) and maximum carrier concentration ($7.04{\times}10^{20}cm^{-3}$) and hall mobility ($12.70cm^2/Vs$) were obtained in the GZO thin film fabricated at 70W of RF power. The optical transmittance in the visible region was higher than 80 %, regardless of RF power. The optical band-gap showed the slight blue-shift with increased in carrier concentration which can be explained by the Burstein-Moss effect.

• Korean Journal of Optics and Photonics
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• v.9 no.4
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• pp.221-226
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• 1998

Ternary heavy metal oxide glasses in the $PbO-Bi_2O_3-Ga_2O_3$ system doped with $Er_2O_3$ were prepared and their spectroscopic properties, such as radiative transition probability, calculated and measured radiative lifetimes and cross-sections of 1.5 $\mu\textrm{m}$ and 2.7 $\mu\textrm{m}$ emissions were analyzed. Enhanced quantum efficiencies of some electronic transitions were evident mainly because of the low vibrational phonon energy ($~500cm^{-1}$) inherent in the host glasses. This seems to be the main reason for obtaining the 2.7 $\mu\textrm{m}$ luminescence which is normally quenched in the conventional oxide glasses. In addition, green and red fluorescence emissions were observed through the frequency upconversion processes of the 798 nm excitation. Non-radiative transition due to the multiphonon relaxation is a dominant lifetime-shortening mechanism in the 4f-4f transitions in $Er^{3+}$ ion except for the $^4S_{3/2}{\rightarrow}^4I_{15/2}$ transition where a non-radiative transfer to band-gap excitation of the host glasses is dominant. Melting of glasses under an inert gas atmosphere and (or) addition of the typical glass-network former into glasses is necessary in order to enhance the quantum efficiency of the transition.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.26 no.6
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• pp.347-352
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• 2016

ZnO with wurtzite structure has a wide band gap of 3.37 eV. Because ZnO has a direct band gap and a large exciton binding energy, it has higher optical efficiency and thermal stability than the GaN material of blue light emitting devices. To fabricate ZnO devices with optical and thermal advantages, n-type and p-type doping are needed. Many research groups have devoted themselves to fabricating stable p-type ZnO. In this study, $As^+$ ion was implanted using an ion implanter to fabricate p-type ZnO. After the ion implant, rapid thermal annealing (RTA) was conducted to activate the arsenic dopants. First, the structural and optical properties of the ZnO thin films were investigated for as-grown, as-implanted, and annealed ZnO using FE-SEM, XRD, and PL, respectively. Then, the structural, optical, and electrical properties of the ZnO thin films, depending on the As ion dose variation and the RTA temperatures, were analyzed using the same methods. In our experiment, p-type ZnO thin films with a hole concentration of $1.263{\times}10^{18}cm^{-3}$ were obtained when the dose of $5{\times}10^{14}$ As $ions/cm^2$ was implanted and the RTA was conducted at $850^{\circ}C$ for 1 min.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.180-180
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• 2015

Solution processed Resistive random access memory (ReRAM)은 간단한 공정 과정, 고집적도, 저렴한 가격, 대면적화 플라즈마 데미지 최소화 등의 장점으로 차세대 비휘발성 메모리로 써 많은 관심을 받고 있으며, 주로 high-k 물질인 HfOx, TiOx, ZnO 가 이용 된다. IGZO와 ZTO와 같은 산화물 반도체는 높은 이동도, 대면적화, 넓은 밴드갭으로 인하여 투명한 장점으로 LCDs (Liquid crystal displays)에 이용 가능하며, 최근에는 IGZO와 ZTO에서 Resistive Switching (RS) 특성을 확인한 논문이 보고되면서 IGZO와 ZTO를 ReRAM의 switching medium와 TFT의 active material로써 동시에 활용하는 것에 많은 관심을 받고 있다. 이와 같은 산화물 반도체는 flat panel display 회로에 TFT와 ReRAM의 active layer로써 집적가능 하며 systems-on-panels (SOP)에 적용 가능하다. 하지만 IGZO 보다는 ZTO가 In과 Ga을 포함하지 않기 때문에 저렴하다. 그러므로 IGZO를 대신하는 물질로 ZTO가 각광 받고 있다. 본 실험에서는 ZTO film에 Al을 doping하여 메모리 특성을 평가하였다. 실험 방법으로는 p-type Si에 습식산화를 통하여 SiO2를 300 nm 성장시킨 기판을 사용하였다. 그리고 Electron beam evaporator를 이용하여 Ti를 10 nm, Pt를 100 nm 증착 한다. 용액은 Zn와 Tin의 비율을 1:1로 고정한 후 Al의 비율을 0, 0.1, 0.2의 비율로 용액을 각각 제작하였다. 이 용액을 이용하여 Pt 위에 spin coating방법을 이용하여 1000 rpm 10초, 6000 rpm 30초의 조건으로 AZTO (Al-ZnO-Tin-Oxide) 박막을 증착한 뒤, solvent 및 불순물 제거를 위하여 $250^{\circ}C$의 온도로 30분 동안 열처리를 진행하였다. 이후 Electron beam evaporator를 이용하여 top electrode인 Ti를 100 nm 증착하였다. 제작된 메모리의 전기적 특성은 HP 4156B semiconductor parameter analyzer를 이용하여 측정하였다. 측정 결과, AZTO (0:1:1, 0.1:1:1, 0.2:1:1)를 이용하여 제작한 ReRAM에서 RS특성을 얻었으며 104 s이상의 신뢰성 있는 data retention특성을 확인하였다. 그리고 Al의 비율이 증가할수록 on/off ratio가 증가하고 endurance 특성이 향상되는 것을 확인하였다. 결론적으로 Al을 doping함으로써 ZTO film의 메모리 특성을 향상 시켰으며 AZTO film을 메모리와 트랜지스터의 active layer로써 활용 가능할 것으로 기대된다.

• Transactions on Electrical and Electronic Materials
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• v.15 no.4
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• pp.198-200
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• 2014

100 nm thick Ga doped ZnO (GZO) thin films were deposited with RF magnetron sputtering on polyethylene terephthalate (PET) and ZnO coated PET substrate and then the effect of the ZnO thickness on the optical and electrical properties of the GZO films was investigated. GZO single layer films had an optical transmittance of 83.7% in the visible wavelength region and a sheet resistance of $2.41{\Omega}/{\square}$, while the optical and electrical properties of the GZO/ZnO bi-layered films were influenced by the thickness of the ZnO buffer layer. GZO films with a 20 nm thick ZnO buffer layer showed a lower sheet resistance of $1.45{\Omega}/{\square}$ and an optical transmittance of 85.9%. As the thickness of ZnO buffer layer in GZO/ZnO bi-layered films increased, both the conductivity and optical transmittance in the visible wavelength region were increased. Based on the figure of merit (FOM), it can be concluded that the ZnO buffer layer effectively increases the optical and electrical performance of GZO films as a transparent and conducting electrode without intentional substrate heating or a post deposition annealing process.

• Journal of the Korean Society for Heat Treatment
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• v.27 no.1
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• pp.23-26
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• 2014

Ga doped ZnO (GZO) single layer and GZO/ZnO bi-layered films were deposited on glass substrates by radio frequency magnetron sputtering and then the influence of film thickness on the structural, electrical, and optical properties of the films was considered. Thicknesses of the GZO/ZnO films was varied as GZO 100 nm, GZO 85 nm/ZnO 15 nm and GZO 70 nm/ZnO 30 nm, respectively. The observed result means that optical transmittance and electrical resistivity of the films were influenced with film thickness and GZO 85 nm/ZnO 15 nm bilayered films show the higher figure of merit than that of the films prepared other films in this study.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.256-256
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• 2010

투명전극부터 디스플레이 산업에 이르기까지 광범위하게 응용되어지고 있고 개발되어지고 있는 투명전도산화물(TCO)은 ZnO, In2O3, SnO2 등을 기본으로 하는 n-type 재료가 대부분이다. 그러나 투명전도 산화물을 이용한 light emitting diode(LED), 투명한 태양전지, p-형 TFT와 같은 투명전자소자의 개발을 위해서는 p-type 소재가 필수적이다. p-type TCO 소재는 비교적 연구 개발 실적이 매우 부진한 실정이었다. 1997년 넓은 밴드갭을 가지는 ABO2(delafossite) 산화물이 p-type으로서 안정적이라는 것을 보고함에 따라 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 현재 ABO2 형태를 가진 Delafossite구조 산화물이 가장 유망한 p-type 투명전도체 소재로 거론되고 있다. Delafossite 구조가 p-type 투명전도체에 적합한 결정구조인 이유는 밴드갭이 넓고 공유결합에 유리하기 때문이다. Delafossite구조는 상온에서 2종류의 polytype(상온에서 Rhombohedaral구조와 hexagonal 구조)이 존재하며 이들은 각각 3R 및 2H의 결정 구조를 가지고 있다. ABO2의 delafossite구조에서 Cu+의 배열은 c-축을 따라 Cu-O-Cr-O-Cu의 연속적인 층 구조로서 2차원연결로 보여 진다. 보고된 Cu- base delafossite구조를 가지는 재료들은 CuAlO2, CuGaO2, CuInO2 등 여러가지가 있다. 본 연구에서는 PLD를 이용하여 c-plane 사파이어 기판위에 성장된 delafossite구조인 CuCrO2박막의 특성을 알아보았다. p-type 특성을 위하여 CuCrO2에 Zn를 첨가하였으며 그에 따른 구조적 전기적 특성을 조사하였다. 성장온도와 산소분압을 $500{\sim}700^{\circ}C$, 0~10mTorr로 변화시켜 특성을 연구하였다. 성장온도 $700^{\circ}C$, 산소분압 10mTorr에서 c-plane 사파이어 기판위에 c-축 배향의 에피성장된 CuCrO2:Zn 박막을 얻을 수 있었다. Mg를 도핑함에 따른 p-type 특성보다 현저히 떨어지는 것을 확인하였다. 또한 동일한 조건임에도 특정한 이차상의 존재를 통해 도핑된 Zn의 위치를 추측할 수 있었다. 온도와 분압에 따른 결정성과 표면상태를 SEM을 통해서 확인하였다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2012.05a
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• pp.58.2-58.2
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• 2012

Heavy hydrocarbon reforming is a core technology for "Dirty energy smart". Heavy hydrocarbons are components of fossil fuels, biomass, coke oven gas and etc. Heavy hydrocarbon reforming converts the fuels into $H_2$-rich syngas. And then $H_2$-rich syngas is used for the production of electricity, synthetic fuels and petrochemicals. Energy can be used efficiently and obtained from various sources by using $H_2$-rich syngas from heavy hydrocarbon reforming. Especially, the key point of "Dirty energy smart" is using "dirty fuel" which is wasted in an inefficient way. New energy conversion laboratory of KAIST has been researched diesel reforming for solid oxide fuel cell (SOFC) as a part of "Dirty energy smart". Diesel is heavy hydrocarbon fuels which has higher carbon number than natural gas, kerosene and gasoline. Diesel reforming has difficulties due to the evaporation of fuels and coke formation. Nevertheless, diesel reforming technology is directly applied to "Dirty fuel" because diesel has the similar chemical properties with "Dirty fuel". On the other hand, SOFC has advantages on high efficiency and wasted heat recovery. Nippon oil Co. of Japan recently commercializes 700We class SOFC system using city gas. Considering the market situation, the development of diesel reformer has a great ripple effect. SOFC system can be applied to auxiliary power unit and distributed power generation. In addition, "Dirty energy smart" can be realized by applying diesel reforming technology to "Dirty fuel". As well as material developments, multidirectional approaches are required to reform heavy hydrocarbon fuels and use $H_2$-rich gas in SOFC. Gd doped ceria (CGO, $Ce_{1-x}Gd_xO_{2-y}$) has been researched for not only electrolyte materials but also catalysts supports. In addition, catalysts infiltrated electrode over porous $La_{0.8}Sr_{0.2}Ga_{0.8}Mg_{0.2}O_3-{\delta}$ and catalyst deposition at three phase boundary are being investigated to improve the performance of SOFC. On the other hand, nozzle for diesel atomization and post-reforming for light-hydrocarbons removal are examples of solving material problems in multidirectional approaches. Likewise, multidirectional approaches are necessary to realize "Dirty energy smart" like reforming "Dirty fuel" for SOFC.