• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.187-187
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• 2012

Solution-processed metal-alloy oxides such as indium zinc oxide (IZO), indium gallium zinc oxide (IGZO) has been extensively researched due to their high electron mobility, environmental stability, optical transparency, and solution-processibility. In spite of their excellent material properties, however, there remains a challenging problem for utilizing IZO or IGZO in electronic devices: the supply shortage of indium (In). The cost of indium is high, what is more, indium is becoming more expensive and scarce and thus strategically important. Therefore, developing an alternative route to improve carrier mobility of solution-processable ZnO is critical and essential. Here, we introduce a simple route to achieve high-performance and low-temperature solution-processed ZnO thin film transistors (TFTs) by employing alkali-metal doping such as Li, Na, K or Rb. Li-doped ZnO TFTs exhibited excellent device performance with a field-effect mobility of $7.3cm^2{\cdot}V-1{\cdot}s-1$ and an on/off current ratio of more than 107. Also, in case of higher drain voltage operation (VD=60V), the field effect mobility increased up to $11.45cm^2{\cdot}V-1{\cdot}s-1$. These all alkali metal doped ZnO TFTs were fabricated at maximum process temperature as low as $300^{\circ}C$. Moreover, low-voltage operating ZnO TFTs was fabricated with the ion gel gate dielectrics. The ultra high capacitance of the ion gel gate dielectrics allowed high on-current operation at low voltage. These devices also showed excellent operational stability.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.455-455
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• 2010

차세대 디스플레이로 널리 알려져 있는 플렉서블 디스플레이는 휴대하기 쉽고, 깨지지 않으며, 변형이 자유로워 현재 우리 사회에 크게 주목받고 있다. 플렉서블 디스플레이의 구현을 위해서는 기존의 유리 기반 디스플레이 소자 기술에 더하여 플렉서블 기판소재에 적용 가능한 투명전도막 기술의 확립이 필요하다. 디스플레이 산업에서 주로 사용되는 투명전도막은 ITO (indium tin oxide) 및 IZO (indium zinc oxide)와 같은 투명전도성 산화물 박막 (TCO, transparent conducting oxide)이다. 그런데 플라스틱 기판이 굽힘 환경에 놓이게 되면 그 위에 증착된 산화물 박막이 쉽게 파손될 수 있다. 따라서 플렉서블 디스플레이 기술에 있어서 변형에 따른 TCO 박막의 파괴 거동에 대한 연구가 필수적이다. 본 연구에서는 PET (polyethylene terephthalate) 기판 상에 증착된 IZO 박막의 반복 굽힘 시 계면구조 변화에 따른 파괴거동을 조사하였다. 플라스틱 기판의 사용을 위해서는 산소 및 수분의 투과 방지막이 필요하며 본 연구에서는 투과 방지막 (또는 보호막)으로서 $SiO_x$ 박막을 적용하였다. IZO 박막은 $In_2O_3$ - 10 wt% ZnO 타겟을 사용하여 RF magnetron sputtering법으로 $100^{\circ}C$ 미만에서 저온 증착하였다. 보호막으로 사용되는 $SiO_x$ 박막은 HMDSO (hexamethyldisiloxane)와 Ar 및 $O_2$ 혼합기체를 이용하는 PECVD 방법으로 합성하였다. 변형에 따른 TCO 박막의 파괴 거동을 조사하기 위하여 반복 굽힘 시험 (cyclic- bending test)을 실시하였다. 반복 굽힘 시험 중 실시간으로 IZO 박막의 전기저항 변화를 측정하여 박막의 파괴 거동을 모니터링 하였다. 시편 A (135 nm-thick IZO/PET), B (135 nm-thick IZO/ 90 nm-thick $SiO_x$/PET), C (135nm-thick IZO/ 300 nm-thick $SiO_x$/PET)에 대하여 곡지름 35mm, 1000회 반복 굽힘을 실시하여 변형 중의 전기저항 변화를 조사하였다. 그리고 굽힘 시험 완료 후, FE-SEM을 이용한 시편 표면형상 관찰을 통하여 균열생성 정도를 관찰하였다. 반복 굽힘 시험 결과, A 와 C 시편의 경우, 각각 반복 굽힘 20회, 550회에서 급격한 전기저항의 증가가 관찰되었다. 그러나 B 시편의 경우, 1000회 반복 굽힘 후에도 전기저항의 변화는 나타나지 않았다. 이와 같이 반복 굽힘에 의한 IZO 박막의 파괴 거동 변화는 IZO 박막과 기판의 계면구조변화에 기인한 것으로 해석된다. IZO 박막과 기판의 계면에 $SiO_x$ 층을 삽입함으로써 계면 접합강도가 향상되었을 것으로 추측된다. 따라서 변형에 대한 파괴 저항 특성이 우수한 투명전도성 산화물 박막의 형성을 위해서는 적절한 계면구조 제어를 통한 계면 접합 특성의 향상이 필요하다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.73-73
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• 2011

Zn-Sn-O (ZTO) 다성분계 산화물 박막은 일반적인 rf 스퍼터법으로 성막할 경우 비정질상으로 성장하여 결정질 산화물 박막에 비해 우수한 표면평탄도와 식각 단면을 제공한다. 비정질임에도 불구하고 넓은 자유전하 농도 범위에서 높은 Hall 이동도를 제공할 수 있는 것으로 보고되어 있어 비정질 산화물의 투명도전성 박막에 대한 관심이 높아지고 있다. 투명 TFT에 적용되는 또 다른 비정질계 산화물 박막인 In-Zn-O (IZO) 박막에 비해 ZTO 박막은 상대적으로 제한된 연구가 이루어졌으나, In의 함유되지 않아 경제적으로 유리하고, 특히 SnO2의 우수한 기계적 및 화학적 특성과 ZnO의 내환원성 특성을 잠재하고 있는 유망한 투명도전성 박막재료이다. 본 연구에서는 Zn-Sn-O계 박막을 통상의 rf 스퍼터법으로 성막하여 조성, 증착 온도, 그리고 열처리 온도에 따른 ZTO 박막의 구조적인 특성 변화와 이에 따른 전기적 및 광학적 특성 변화에 대하여 고찰하였다. ZnO 타겟과 SnO2 타겟을 사용하여 co-sputtering하여 ZnO의 부피 분률을 13~59 mol%까지 변화되도록 조절하여 증착하였다. 증착 온도는 상온, 150 및 $300^{\circ}C$로, 그리고 성막가스 중의 산소분률은 0%, 0.5% 및 1% 로 변화시켰다. 40 mol% 이상의 ZnO를 함유한 ZTO 박막은 가시광 영역에서의 평균 광투과도는 좋으나 전기적인 특성이 열악하였으며, ZnO 분율이 낮은 ZTO 박막은 10-2~10-3 ohm-cm 정도의 비교적 낮은 비저항을 나타내었으나 광투과도 면에서 떨어지는 단점을 보였다. 평균 광투과도는 증착 온도가 증가할수록, 그리고 산소의 양이 증가할수록 향상 되었다. 자유전하농도가 1017~1020 cm-3 정도의 넓은 범위에서 10 cm2/Vs 을 넘는 홀 이동도를 가지는 ZTO 박막의 증착이 가능함을 확인하였으며, 이로부터 투명 TFT 소자로 적용이 가능성이 있음을 보였다. EPMA를 이용한 정량분석 및 XRD를 이용한 구조분석과 연계한 ZTO 박막의 물성 및 최적 조건에 대한 논의가 이루어질 것이다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.06a
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• pp.439-440
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• 2008

Indium Zinc Tin Oxide (IZTO) thin films for transparent thin film transistor (TTFT) were deposited on glass substrate at room temperature by facing targets sputtering (FTS). The FTS system was designed to array two targets facing each other and forms the high- density plasma between. Two different kinds of targets were installed on FTS system. One is ITO ($In_2O_3$ 90wt.%, $SnO_2$ 10wt.%), the other is IZO($In_2O_3$ 90wt%, ZnO 10wt%). The conductive and optical properties of IZTO thin film is determined depending on variation of DC power and working pressure. Therefore, IZTO thin films were prepared with different DC power and working pressure. As-deposited IZTO thin films were investigated by a UV/VIS spectrometer, an X-ray diffractometer (XRD), a scanning electron microscopy (SEM), a Hall Effect measurement system. As a result, all IZTO thin films deposited on glass substrate showed over 80% of transmittance in visible range (400~800 nm) at $O_2$ gas flow rate. We could obtain IZTO thin films with the lowest resistivity $5.67\times10^{-4}$ [$\Omega{\cdot}cm$] at $O_2$ gas flow rate 0.4 [sccm).

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.207-207
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• 2011

Amorphous transparent oxide semiconductors (a-TOS) have been widely studied for many optoelectronic devices such as AM-OLED (active-matrix organic light emitting diodes). Recently, Nomura et al. demonstrated high performance amorphous IGZO (In-Ga-Zn-O) TFTs.1 Despite the amorphous structure, due to the conduction band minimum (CBM) that made of spherically extended s-orbitals of the constituent metals, an a-IGZO TFT shows high mobility.2,3 But IGZO films contain high cost rare metals. Therefore, we need to investigate the alternatives. Because Aluminum has a high bond enthalpy with oxygen atom and Alumina has a high lattice energy, we try to replace Gallium with Aluminum that is high reserve low cost material. In this study, we focused on the electrical properties of IZO:Al thin films as a channel layer of TFTs. IZO:Al were deposited on unheated non-alkali glass substrates (5 cm ${\times}$ 5 cm) by magnetron co-sputtering system with two cathodes equipped with IZO target and Al target, respectively. The sintered ceramic IZO disc (3 inch ${\phi}$, 5 mm t) and metal Al target (3 inch ${\phi}$, 5 mm t) are used for deposition. The O2 gas was used as the reactive gas to control carrier concentration and mobility. Deposition was carried out under various sputtering conditions to investigate the effect of sputtering process on the characteristics of IZO:Al thin films. Correlation between sputtering factors and electronic properties of the film will be discussed in detail.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.253-253
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• 2016

최근 세계적으로 대체 에너지는 중요한 이슈가 되고 있으며 그 중 열전 재료는 유망한 에너지 기술로서 주목 받고 있다. 특히 고 직접화 전자 소자의 발열 문제를 해결하기 위해, 소형화와 정밀 온도 제어가 가능한 박막형 열전 소자에 연구가 주목 받고 있다. 박막형 열전소자 중 산화물 반도체계에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이러한 산화물 반도체계 중 In2O3는 BiTe, PbTe 등의 기존의 재료에 비해 독성이 낮을 뿐만 아니라 내 산화성 및 고온에서 열적 안정성이 우수하여 고온에서 적용 불가능한 금속계 열전 재료의 한계를 극복 할 수 있다는 장점을 가진다. 우수한 성능 가장 낮은 캐리어 밀도를 가지기 때문에 의 열전 재료는 높은 전기 전도도 및 제백 계수 그리고 낮은 열전도도 특성을 가져야만 한다. IZO:Sn(Zn 10 wt.%, Sn 800 ppm) 박막의 경우, 높은 전기 전도성을 가지면서 비정질 구조를 가진다. 이와 같이 비정질 구조를 가지는 박막 열전 재료는 격자에 의한 열 전도도가 낮기 때문에 결정질 구조에 비해 전체 열 전도도 값이 낮을 것으로 기대된다. 따라서 높은 전기 전도도를 가지면서 동시에 낮은 열 전도도를 가지게 되어 우수한 열전 특성을 가질 것이라 예상된다. 이러한 특성을 바탕으로 본 연구에서는 비정질 구조를 갖는 Zn와 미량의 Sn을 동시에 첨가한 In2O3박막의 전기적 특성및 열전 특성을 관찰하고자 한다. 본 연구에서는 magnetron sputtering법으로 IZO:Sn(Zn 10 wt.%, Sn 800 ppm) 타깃을 이용하여 기판 가열없이 DC Power 70 W, 작업 압력 0.7 Pa으로 SiO2 기판 위에 $400{\pm}20nm$ 두께의 박막을 증착하였다. 이러한 공정으로 만들어진 박막은 대기 중 후 열처리를 각각의 200, 300, 400, 500, $600^{\circ}C$ 온도에서 진행하였다. 박막의 미세 구조는 XRD를 통해 관찰하였다. 그리고 박막의 전기적 특성은 Hall effect measurement을 통해 측정하였고, 열전 특성은 Seebeck 상수의 측정을 통하여 평가하였다. XRD 확인 결과 RT에서 증착한 박막과 후 열처리 200, 300, 400, $500^{\circ}C$ 결과 비정질 구조를 보였고, 후열처리 $600^{\circ}C$에서는 결정의 회절 피크를 보였다. 전기적 특성의 경우, 후 열처리 온도가 증가함에 따라 전기 전도도는 감소한다. 이는 공기중의 산소가 박막에 침투하여 oxygen vacancy를 막아 캐리어 밀도가 감소한것에 기인 된 것으로 판단된다. 열전 특성의 경우 제백상수는 후 열처리 $600^{\circ}C$에서 가장 높은 제백상수를 나타낸다. 제백 상수는 수식에 따라 캐리어 밀도의 -2/3승에 비례하게 된다. 수식에 따라 후 열처리 $600^{\circ}C$에서 가장 낮은 캐리어 밀도를 가지기 때문에 가장 높은 제백 상수를 가지게 된다. 열전 성능 척도인 Power factor는 제백 상수의 제곱과 전기전도도의 곱으로 나타내는데, 후 열처리 $200^{\circ}C$에서 가장 높은 Power factor를 보인다. 이는 캐리어 밀도 감소에 따라 전기 전도도는 감소하였지만 이로 인해 제백상수는 증가하였고, 또한 캐리어 밀도 감소에 따라 이온화 불순물 산란의 감소에 의해 이동도의 증가에 의한 것으로 판단된다. 박막의 경우 기판의 영향으로 인해 열 전도도 측정이 어려워 열전 성능 지수(ZT)를 계산을 할 수 없지만, 마그네트론 스퍼터링법으로 증착한 IZO:Sn 박막은 비정질 구조를 가지므로 격자진동에 의한 열 전도도가 낮아 전체 열 전도도가 결정질에 비해 낮을 것이며 이는 높은 열전 성능 지수를 가질 것으로 예상된다.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.22 no.11
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• pp.961-968
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• 2009

In this work, transparent conductive oxide(TCO) films such as $In_2O_3-SnO_2$(ITO) and $In_2O_3-ZnO$(IZO) were prepared on polyethylene naphthalene(PEN) and glass substrates by using rf-magnetron sputtering system. The TCO films deposited on PEN substrate show very poor conductivity as compared to that of the TCO films deposited on glass substrates. From the results of the residual gas analysis(RGA) test, this poor stability of plastic substrate is presumed to be caused by the deteriorated adhesion between the TCO films and the plastic substrate due to outgassing from the plastic substrate during deposition of TCO films. From our experiment, it is found that the vaporization of some defects in the plastic substrates deteriorate the adhesion of the TCO films to the plastic substrate, because the most plastic substrates containing the water vapor and/or other adsorbed particles such as organic solvents. Mixing of these gases vaporized in the sputtering process will also affect the electrical property of the deposited TCO films. Inorganic thin composite $(SiO_2)_{40}(ZnO)_{60}$ film as a gas barrier layer is coated on the PEN substrate to protecting the diffusion of vapors from the substrate, so that the TCO films with an improved quality can be obtained.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2007.11a
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• pp.55-56
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• 2007

디스플레이용 전극 소재로 사용되는 투명 전도막은 높은 가시광 투과율 (89%이상)과 우수한 전기전도성(비저항 10$^{-4}{\Omega}cm$ 이하)을 동시에 가지므로 LCD, PDP, OLED 소자의 핵심소재로 인식되고 있다. 투명 전도막은 광학적 밴드갭이 3.5eV 이상인 wide-gap 반도체로서, 산화인듐($In_2O_3$)에 주석(Sn), 아연(Zn) 등을 치환고용 시킨 ITO, IZO, 산화아연(ZnO)에 Al 혹은 Ga을 치환고용 시킨 AZO, GZO 등 다양한 재료에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 본 연구에서는 플라즈마 정밀 제어 기술을 이용하여 80$^{\circ}C$이하의 저온 코팅 공정 조건에서 우수한 비저항( $2{\times}10^{-4}$ ${\Omega} cm $)을 나타낼 수 있는 TCO 코팅 공정 기술을 개발하였으며 이러한 연구결과는 차세대 디스플레이 소자로 예측되고 있는 Flexible 디스플레이 소자의 전극 재료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• v.28 no.12
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• pp.2396-2400
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• 2007

Transparent In-doped (1 at.%) zinc oxide (IZO) thin films are deposited by pulsed DC magnetron sputtering with H2 mixed Ar atmosphere on glass substrate without any heating process. Even at room temperature, highly c-axis oriented IZO thin films were grown in perpendicular to the substrate. The hydrogenated IZO (IZO:H) film isolated in H2 atmosphere for 30 min exhibited an average optical transmittance higher than 85% and low electrical resistivity of less than 2.7 × 10?3 Ω·cm. These values are comparable with those of commercially available ITO. Each of the IZO films was used as an anode contact to fabricate organic light-emitting diodes (OLEDs) and the device performances studied. At the current density of 1 × 103 A/m2, the OLEDs with IZO:H (H2) anode show excellent efficiency (11 V drive voltage) and a good brightness (8000 cd/m2) of the light emitted from the devices, which are as good as the control device built on a commercial ITO anode.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2009.06a
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• pp.203-204
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• 2009

The Indium Zinc Tin Oxide (IZTO) thin films for flexible display electrode were deposited on poly carbonate (PC) and polyethersulfone(PES) and glass substrates at room temperature by facing targets sputtering (FTS). Two different kinds of targets were installed on FTS system. One is ITO ($In_2O_3$ 90 wt.%, $SnO_2$ 10 wt.%), the other is IZO ($In_2O_3$ 90 wt.%, ZnO 10 wt.%). As-deposited IZTO thin films were investigated by a UV/VIS spectrometer, an X-ray diffractometer (XRD), an atomic force microscope (AFM) and a Hall Effect measurement system. As a result, we could prepare the IZTO thin films with the resistivity of under $10^{-4}\;[{\Omega}{\cdot}cm]$ and IZTO thin films deposited on glass substrate showed an average transmittance over 80% in visible range (400~800 nm) in all IZTO thin films except in IZTO thin film deposited at $O_2$ gas flow rate of 0.1[sccm].