CRT의 전면에 전자파차폐, 정전기 방지 및 저반사 효과를 위해 코팅되는 $SiO_2$/ITO (Indium Tin Oxide) 이층박막의 반사특성에 관하여 연구하였다. 실리카층 및 ITO층의 두께를 변화시키며 나타나는 반사율의 경향을 고찰하고, 이론적인 2층, 3층 저반사코팅의 디자인에 적용시켜 보았다. 입자 상으로 코팅된 ITO는 두께가 증가할수록 기공에 의해 박막의 불균일성이 증가하면서 이론적인 반사모델과의 차이가 커졌다. 실리카와 ITO의 계면에 존재하는 혼합층의 영향으로 인하여 실제측정반사율은 2층으로 디자인한 이론반사율보다 $SiO_2$/$SiO_2$+ITO/ITO의 3층으로 디자인한 반사모델에 보다 잘 적용되었다. 이론적인 저반사 디자인은 근거로 $SiO_2$/ITO 박막의 두께를 90, 65 nm로 조절한 이층막은 기준파장에서 2.5%의 반사율을 나타내었고, 가시광선 영역에서 이론반사율과 유사한 거동을 보였다.
Using an evaporation system, $SiO_2$ was deposited as a buffer layer between a PET substrate and a ITO layer and then ITO/$SiO_2$/PET layers were annealed for 1.5 hours at the temperature of $180^{\circ}C$. Adhesion and electro-optical properties of ITO films were studied with thickness variance of a $SiO_2$ buffer layer. As a result of introduction of the $SiO_2$ buffer layer, sheet resistance and resistivity increased and a ITO film with optimum sheet resistance ($529.3{\Omega}/square$) for an upper ITO film of resistive type touch panel could be obtained when $SiO_2$ of $50{\AA}$ was deposited. And it was found that ITO films with $SiO_2$ buffer layer have higher transmittance of $88{\sim}90%$ at 550 nm wavelength than ITO films with no buffer layers and the transmittance was enhanced as $SiO_2$ thickness increased from $50{\AA}$ to $100{\AA}$. Adhesion property of ITO films with $SiO_2$ buffer layers became better than ITO films with no buffer layers and this property was independent of $SiO_2$ thickness variance ($50{\sim}100{\AA}$). By depositing a $SiO_2$ buffer layer of $50{\AA}$ on the PET substrate and sputtering a ITO thin film on the layer, a ITO film with enhanced adhesion, electro-optical properties could be obtained.
본 연구에서는 Nb2O5/SiO2 이중 버퍼층위에 ITO박막을 증착하여, SiO2버퍼층 두께 변화 (40~50 nm)에 따른 전기적 및 광학적 특성을 조사하였다. Nb2O5/SiO2 이중 버퍼층을 도입한 ITO박막의 표면 거칠기는 0.815에서 1.181 nm 범위의 작은 값을 가지는 매끄러운 형상을 보였고, 면저항은 99.3~134.0 Ω/sq. 범위로 정전용량식 터치스크린 패널에 적용하는데 문제가 없는 것으로 나타났다. 특히 Nb2O5 (10 nm) / SiO2 (40 nm) 이중 버퍼층을 삽입한 ITO박막의 단파장(400~500 nm) 영역에서의 평균 투과도와 색도(b*)는 83.58 % 와 0.05로 이중버퍼층이 삽입되지 않은 ITO박막의 74.46 % 와 4.28에 비해 상당히 향상된 결과를 나타내었다. 이를 통해 Nb2O5/SiO2 이중 버퍼층을 도입한 ITO박막에서 인덱스 매칭 효과로 인해 단파장 영역의 투과도 및 색도와 같은 광학적 특성이 현저히 향상되었음을 확인할 수 있었다.
The electrical properties of porous $SiO_2/ITO$ nano thin film were studied by complex impedance and conductive mechanisms were analyzed. According to the results of complex impedance, the activation energy of $SiO_2/ITO$ and $Zn-SiO_2/ITO$ were 0.309 eV, 0.077 eV in below $450^{\circ}C$ and 0.147 eV in over $450^{\circ}C$, respectively. In case of $SiO_2/ ITO$, slightly direct tunneling occurred at room temperature. The contribution for conduction was very tiny because of high barrier of silica. However, the conductivity abruptly increased in over $300^{\circ}C$ by Thermally assisted tunneling. In case of $Zn-SiO_2/ITO$, high conductivity in 1.26 ${\Omega}^{ -1}{cdot}cm^{-1}$ at room temperature appeared by space charge conduction or Frenkel-poole emission that Zn ions play a role as localized electron states.
Liquid Crystal Displays(LCDs) 투명성 전도막으로 사용하는 Indium Tin Oxide (ITO)의 고밀도 식각특성을 조사하였다. 특히 ITO식각의 경우, pixel electrode 전극에서 사용되는 underlayer인 SiO2, Si3N4와의 최적의 선택비를 얻는데 중점을 두고 있다. 따라서 본 실험에서는 Inductively Coupled Plasma(ICP)를 이용하여 source power, gas combination, bias voltage, pressure 및 기판온도에 따른 ITO의 식각 특성과 이의 underlayer인 SiO2, Si3N4와의 선택비를 조사하였다. Ar과 CH4를 주된 식각가스로서 사용하였으며 첨가가스로는 O2와 HBr를 사용하였다. ITO의 식각특성을 이해하기 위하여 Quadruple Mass Spectrometry(QMS), Optical emission spectroscopy(OES) 이용하였으며, 식각된 sample의 잔류물을 조사하기 위하여 X-ray photoelectron spectroscopy(XPS)를 이용하여 분석하였다. Ar gas에 적정량의 CH4 혼합이 순수한 Ar 가스로 식각한 경우에 비하여 ITO와 SiO2, Si3N4의 선택비가 높았으며, 더 높은 식각 선택비를 얻기 위하여 Ar/CH 분위기에서 첨가가스 O2, HBr을 사용하였다. Source power 및 bias 증가에 따라 ITO의 식각률은 증가하나, underlayer와의 선택비는 감소함을 보였다. 본 실험에서 측정된 ITO의 high 식각률은 약 1500$\AA$/min이며, SiO2, Si3N4와의 high selectivity는 각각 7:1, 12:1로 나타났다. ITO의 etchrate 및 선택비는 source power, bias, pressure, CH 가스첨가에 의존하였지만 기판온도에는 큰 변화가 없음을 관찰하였다. 또한 적정량의 가스조합으로 식각된 시편의 잔류물을 줄일 수 있었다.
Using an evaporation method, $SiO_2$ was deposited as a buffer layer between a flexible PET substrate and a ITO film deposited by DC magnetron sputtering and electro-optical properties were investigated with thickness variance of $SiO_2$ layers. After coating a $SiO_2$ layer and a ITO film, the ITO/$SiO_2$/PET was heated up to $200^{\circ}C$ and the resistivity and the transmittance were measured by hall effect measurement system and UV/VIS/NIR spectroscopy. As a result of depositing a $SiO_2$ buffer layer, the resistivity increased and the transmittance and adhesion property were enhanced than ITO films with no buffer layers and the resistivity was lowered as $SiO_2$ thickness increased from 50 $\AA$ to 100 $\AA$. It was found that the transmittance was independent of annealing temperature variance in $150^{\circ}C{\sim}200^{\circ}C$ and the resistivity decreased as the temperature increased and especially decreasing rate of the resistivity was higher as the buffer layer thickness was thinner. So under optimized depositing of $SiO_2$ buffer layers and post-annealing of ITO/$SiO_2$/PET, ITO films with enhanced adhesion, electro-optical properties can obtained.
This paper has relatively high technical standard and experimental skill. The fabrication of TCO film with high transparency, low resistance and low chromaticity require exact control of several competing factors. This paper has resolved these problems reasonably well, thus recommended for publication. Indium tin oxide(ITO) thin films were by D.C. magnetron roll-to-roll sputter system utilizing ITO and $SiO_2$ targets of ITO and $SiO_2$. In this experiment, the effect of D.C. power, winding speed, and oxygen flow rate on electrical and optical properties of ITO thin films were investigated from the view point of sheet resistance, transmittance, and chromaticity($b^*$). The deposition of $SiO_2$ was performed with RF power of 400W, Ar gas of 50 sccm and the deposition of ITO, DC power of 600W, Ar gas of 50 sccm, $O^2$ gas of 0.2 sccm, and winding speed of 0.56m/min. High quality ITO thin films without $SiO_2$ layer had chromaticity of 2.87, sheet resistivity of 400 ohm/square, and transmittance of 88% and $SiO_2$-doped ITO Thin film with chromaticity of 2.01, sheet resistivity of 709 ohm/square, and transmittance of more than 90% were obtained. As a result, $SiO_2$ was coated on PET before deposition of ITO, their chromaticity($b^*$) and transmittance were better than previous results of ITO films. These results show that coating of $SiO_2$ induced arising chromaticity($b^*$) and transmittance. If the thickness of $SiO_2$ is controlled, sheet resistance value of ITO film will be expected to be better for touch screen. A four point probe and spectrophotometer are used to investigate the properties of ITO thin films.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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제16권1호
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pp.29-33
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2015
This paper presents the results of the optical characteristics of ITO thin film with different buffer layer thicknesses of $SiO_2$ and $Nb_2O_5$ for touch sensor application. $SiO_2$ and $Nb_2O_5$ buffer layers were deposited using RF magnetron sputtering equipment. The buffer layers were inserted between glass and ITO layers. In order to compare with the experimental results, the Essential Macleod Program (EMP) was adopted. Based on EMP simulation, the [$Nb_2O_5{\mid}SiO_2{\mid}ITO$] multi-layered thin film exhibited high transmittance of more than 85% in the visible region. The actual experimental results also showed transmittance of more than 85% in the visible region, indicating that the simulated results were well matched with the experimental results. The sheet resistance of ITO based film was about $340{\Omega}/sq$. The surface roughness maintained a relatively small value within the range of 0.1~0.4 nm when using the $Nb_2O_5$ and $SiO_2$ buffer layers.
전자파 차폐 및 반사방지용으로 사용되는 SiO$_2$/ITO 이층박막의 전기적 특성에 미치는 전이금속이온의 영향에 대해 고찰하고 전자파 차폐이론식으로부터 박막의 전도특성에 모사하여 효과적인 전자파 차폐효과를 얻기 위한 전도막을 설계하고자 하였다. ITO 상층부에 전이금속염을 첨가한 실리카 복합졸을 코팅하여 SiO$_2$/ITO 이층막을 제조한 결과 최저 표면저항치를 나타내는 첨가량은 전이금속의 종류에 따라 차이를 보이지만 Sn 및 Zn이 첨가된 졸로부터 형성된 박막은 $10^{5}$Ω/$\square$ 이하의 낮은 저항치를 보였으며 가장 안정된 표면저하을 나타내었다. 또한 전자파 차폐효과와 전도박막의 표면저항을 차폐이론식으로부터 모사한 결과 Zn과 Sn의 전이금속염이 첨가된 SiO$_2$/ITO 투명전도막은 TCO99에서 정한 전자파 차폐기준에 부합하였다.다.
본 연구에서는 $Nb_2O_5/SiO_2$ 두개의 버퍼층위에 기판온도 (상온~$400^{\circ}C$) 에 따른 ITO 박막을 DC 마그네트론 스퍼터링 법으로 증착하여 전기적 및 광학적 특성을 조사하였다. 기판온도가 상승함에 따라 그레인 크기 증가에 기인한 결정성 향상 때문에 비저항이 낮아지는 경향을 나타내었다. 기판온도 $400^{\circ}C$ 에서 증착한 ITO 박막이 $3.03{\times}10^{-4}{\Omega}{\cdot}cm$ 의 비저항과 $86.6{\Omega}/sq.$의 면저항으로 가장 우수한 값을 나타내었다. 광학적 특성을 측정한 결과, 기판온도가 상승함에 따라 가시광 영역 (400~800nm) 에서의 평균 투과도는 증가하였으며 색도 ($b^*$) 값은 감소하였다. $400^{\circ}C$에서 증착한 ITO 박막의 평균 투과도와 색도 ($b^*$) 는 85.8% 와 2.13 으로 버퍼층이 삽입되지 않은 ITO 박막의 82.8% 와 4.56 에 비해 상당히 향상된 결과를 나타내었다. 이를 통해 $Nb_2O_5/SiO_2$ 두개의 버퍼층을 도입한 ITO 박막은 인덱스 매칭 효과로 인해 투과도 및 색도 ($b^*$) 등의 광학적 특성이 현저히 향상되었음을 확인할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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