• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2009년도 하계학술대회 논문집
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• pp.313-313
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• 2009

OLED 소자는 직접발광, 광시야각, 그리고 빠른 응답속도 때문에 동영상에 적합하여 최근 각광받고 있는 디스플레이장치 중의 하나이다. OLED 소자의 양극재료로는 높은 광투과율과 $\sim10^{-4}{\Omega}\;cm$ 수준의 낮은 전기 비저항을 갖는 ITO (Sn-doped $In_2O_3$)가 널리 사용되고 있다. 하지만 원료 물질인 인듐의 수급량 부족으로 인한 문제점과 독성, 저온증착의 어려움, 스퍼터링시 음이온 충격에 의한 막 손상으로 저항의 증가의 문제점이 있고, 또한 액정디스플레이의 투명전극으로 사용될 경우 $400\;^{\circ}C$정도의 높은 온도와 수소 플라즈마 분위기에서 장시간 노출 시 열화로 인한 광학적 특성변화가 문제가 된다. 반면에 Al이 도핑 된 ZnO (AZO)박막은 넓은 밴드갭 (3.37eV)와 400nm에서 700nm 사이의 가시광 영역에서 80% 이상의 우수한 투과성을 지니고 있다. 특히 Al이 도핑된 ZnO는 박막의 전기적 특성이 크게 향상되어 디스플레이나 태양전지로의 응용이 가능하다. 또한 비교적 낮은 비용과 플라즈마에서의 안정성, 무독성, 그리고 전기전도성과 같은 많은 이점이 있다. 그 결과 AZO 박막은 ITO기판을 대안하는 지원물질로 활발히 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 TCO 박막의 면 저항과 표면 거칠기에 따른 OLED 소자의 특성을 분석하였다. ITO와 AZO 박막은 챔버 내 다양한 가스 분위기(Ar, Ar+$O_2$ and Ar+$H_2$)에서 R.F Magnetron Sputtering방법으로 증착하였다. TCO 박막의 구조적인 이해를 돕기 위해서 X-ray diffraction 과 FESEM으로 분석하였다. 광학적 투과도와 박막의 두께는 ultraviolet spectrophotometer (Varian, cary-500)와 surface profile measurement system으로 각각 측정하였다. 면저항 charge carrier 농도, 그리고 TCO 박막의 이동도와 같은 전기적특성은 four-point probe와 hall effect measurement(HMS-3000)로 각각 측정하였다. TCO 박막의 표면 거칠기 조절을 위해 photo lithography 공정을 사용하여 TCO 박막을 화학에칭 하였다. 미세사이즈 패턴 마스크가 사용되었으며 에칭의 깊이는 에칭시간에 따라 조절하였다. TCO 박막의 표면 형태는 FESEM과 AFM으로 관찰하였다. 투명전극으로 사용되는 ITO 및 AZO 기판 상용화를 위해 ITO 및 AZO 기판 위에 ${\alpha}$-NPB, Alq3, LiF, Al 의 순서로 증착 및 패터닝함으로써 OLED 소자를 제작하였다. 전류밀도와 전압 그리고 발광휘도와 전압과 같은 전기적 특성은 spectrometer(minolta CS-1000A)를 이용하여 측정하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.405-406
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• 2013

Ga-doped ZnO (GZO)는 $300^{\circ}C$ 이상의 온도에서는 전기적으로 불안정하기 때문에 CIGS, CdTe, DSC와 같은 태양전지의 높은 공정온도 때문에 사용이 제한적이다. ZTO thin film은 Al2O3, SiO2, TiO2, ZnO tihin film과 비교하여 산소 및 수분에 대하여 투과성이 상대적으로 낮은 것으로 알려져 있다. 따라서 GZO single layer에 비하여 ZTO-GZO multi-layer를 구성하여 TCO를 제작하면, 높은 공정온도에서도 사용 가능하다. 실제 제작된 GZO single layer (300 nm)에서 비저항이 $7.69{\times}10^{-4}{\Omega}{\cdot}cm$에서 $500^{\circ}C$에서 열처리 후 $7.76{\times}10^{-2}{\Omega}{\cdot}cm$으로 급격하게 상승한다. ZTO single layer (420 nm)는 as-grown에서는 측정 불가했지만, $400^{\circ}C$에서 열처리 후 $3.52{\times}10^{-1}{\Omega}{\cdot}cm$ $500^{\circ}C$에서 열처리 후 $4.10{\times}10^{-1}{\Omega}{\cdot}cm$으로 열처리에 따른 큰 변화가 없다. 또한 ZTO-GZO multi-layer (720 nm)의 경우 비저항이 $2.11{\times}10^{-3}{\Omega}{\cdot}cm$에서 $500^{\circ}C$에서 열처리 후 $3.67{\times}10^{-3}{\Omega}{\cdot}cm$으로 GZO에 비하여 상대적으로 변화폭이 작다. 또한 ZTO의 두께에 따른 영향을 확인하기 위하여 ZTO를 2 scan, 4 scan, 6 scan 공정 진행 및 $500^{\circ}C$에서 열처리 후 ZTO, ZTO-GZO thin film의 비저항을 측정하였다. ZTO의 경우 $3.34{\times}10^{-1}{\Omega}{\cdot}cm$ (2 scan), $3.62{\times}10^{-1}{\Omega}{\cdot}cm$ (4 scan), $4.1{\times}10^{-1}{\Omega}{\cdot}cm$ (6 scan)으로 큰 차이가 없으며, ZTO-GZO에서도 $3.73{\times}10^{-3}{\Omega}{\cdot}cm$ (2 scan), $3.42{\times}10^{-3}{\Omega}{\cdot}cm$ (4 scan), $3.67{\times}10^{-3}{\Omega}{\cdot}cm$ (6 scan)으로 큰 차이가 없음을 확인하였다. 염료감응 태양전지에 적용하여 기존에 사용되는 FTO대신에 ZTO-GZO를 사용하며, 가격적 측면, 성능적 측면에서 개선 가능할 것으로 생각된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.194-195
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• 2012

박막 실리콘 태양전지에 입사한 빛 중 흡수층인 진성 비정질 실리콘층(i-a-Si)에 흡수된 빛은 출력으로 변환되나, 기타의 층에서 흡수된 빛은 손실 성분이 된다. 이 중 흡수 손실이 큰 층은 도핑 층(p-a-SiC 및 n-a-Si)들인데, 이 들의 흡수 손실을 측정된 광학함수를 이용해 계산해 보면 Fig. 1과 같이 나타난다. p-a-SiC은 광 입사부에 위치하여 단파장 영역의 흡수 손실을 일으키고, n-a-Si 은 태양전지의 후면에 위치하여 장파장 영역의 흡수손실을 일으킨다. 이러한 도핑층에서의 흡수 손실을 제거 또는 개선하기 위해 도핑층의 재료를 기존 재료보다 광학적 밴드갭이 큰 재료로 대체하여 개선하는 방안에 대해 논하고자 한다. 금속 산화물의 밴드갭은 실리콘 화합물에 비하여 대체로 큰 값을 가지기 때문에 이를 기존의 실리콘 화합물 대신으로 사용한다면 광학적 흡수 손실을 효과적으로 줄일 수 있다. 단, 이때 태양전지의 광 전압을 결정하는 인자가 p층과 n층 사이의 일함수 차이에 해당하므로, p층의 대체층으로 사용 가능한 금속 산화물은 일함수가 큰(＞5 eV) 재료 중에서 선택하는 것이 적합하며, n층의 대체층으로 사용 가능한 금속 산화물은 일함수가 작은(＜ 4.2 eV) 재료 중에서 선택하는 것이 적합하다. Table 1에서 p층과 n층 대체용 금속산화물의 후보들을 정리하였다. 먼저 도핑층에서의 광 흡수가 광손실이 될 수 밖에 없는 물리적 근거에 대해서 논하고, 그 실험적인 증명을 제시한다. 이러한 개념을 바탕으로 도핑층의 내부 전기장의 방향을 제어하여 전자-정공쌍을 분리 수집하는 방법을 실험적으로 구현하였다. 이어서 금속 산화물을 부분적으로 대체하여 흡수 손실을 개선하는 방안을 제시한다. WOx, NiOx, N doped ZnO 등을 적용하여 그 효과를 비교 검토하였다. 끝으로 금속산화믈 대체 또는 쇼트키 접합을 적용하여 도핑층의 광 흡수를 줄이고 효율을 향상하는 방안을 제시한다. 그 사례로서 WOx, MoOx, LiF/Al의 적용결과를 살펴보고 추가 개선방안에 대해 토의할 것이다. 결론적으로 광학적 밴드갭이 큰 재료를 도핑층 대신 사용하여 흡수 손실을 줄이는 것이 가능하다는 것을 알 수 있고, 이 때 일함수 조건이 만족이 되면 광 전압의 손실도 최소화할 수 있다는 점을 확인할 수 있었다. 현재까지 연구의 한계와 문제점을 정리하고, 추가 연구에 의한 개선 가능성 및 실용화 개발과의 연관관계 등을 제시할 것이다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.312.1-312.1
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• 2014

Chalcopyrite계 화합물 반도체인 $Cu(InGa)Se_2$ (CIGS)는 직접천이형 에너지 밴드갭과 전파장 영역에 대하여 높은 광흡수계수($1{\times}$[10]^5/cm)를 가지므로 두께 $1{\sim}2{\mu}m$인 박막형태으로 고효율의 태양전지 제조가 가능하다. 또한, 박막공정의 저가 가능성을 나타내면서 전세계적으로 많은 연구와 관심을 받고 있고, 현재 상용화되어 있는 결정질실리콘 태양전지를 대체할만한 재료로 주목 받고 있다. 일반적으로, CIGS박막형 태양전지 구성은는 유리를 기판으로 하여 5개의 단위 박막인 Mo 후면전극, p형 반도체 CIGS 광흡수층, n형 반도체 CdS 버퍼층, doped-ZnO 상부 투명전극, $MgF_2$ 반사방지막으로 이루어진다. 이들 중에서 태양전지의 에너지 변환효율에 결정적인 영향을 미치는 구성된다. CIGS 광흡수층의 제조는 크게 진공법과 비진공방법으로 나뉜다. 현재까지 보고된 문헌에 따르면 CIGS 박막형 태양전지의 경우에 동시증발법으로 20.3%의 에너지 변환효율을 보였지만,는데, 이는 진공장비 특성상 공정단가가 높고 대면적화가 어렵다는 단점을 가진다. 따라서, 비진공법을 이용하여 광흡수층 제작하는 것이 기술적으로 진보할 여지가 크다고 볼 수 있다. 반면 현재 상용화되어 있는 결정질실리콘 태양전지를 대체할만한 방법으로 주목 받고 있는 비진공을 이용한 저가공정은 최근 15.5%의 에너지 변환효율이 보고 되었다. 비진공법에는 전계를 이용한 증착법 및 스프레이법으로 나뉘며, 이들 광흡수층 재료의 화학적 합성은 III족 원소인 In, Ga의 함량비에 따라 광흡수층의 에너지 밴드갭(1.04~1.5 eV) 조절이 가능하다. 따라서, 본 연구에서는 비진공법에 사용되는 CIGS재료의 화학적 합성조건을 변화시켜 III족 원소의 조성비 조절을 시도하였다. CIGS 분말 시료의 입자 형태와 크기를 FE-SEM을 이용하여 관찰하였고, 화합물의 성분비를 EDX 및 XRD 분석을 통해 Ga 함량에 따른 구조적 차이를 비교해 보았다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2012년도 춘계학술발표대회
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• pp.110.1-110.1
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• 2012

Recently, advances in ZnO based oxide semiconductor materials have accelerated the development of thin-film transistors (TFTs), which are the building blocks for active matrix flat-panel displays including liquid crystal displays (LCD) and organic light-emitting diodes (OLED). However, the electrical performances of oxide semiconductors are significantly affected by interactions with the ambient atmosphere. Jeong et al. reported that the channel of the IGZO-TFT is very sensitive to water vapor adsorption. Thus, water vapor passivation layers are necessary for long-term current stability in the operation of the oxide-based TFTs. In the present work, $Al_2O_3$ and $TiO_2$ thin films were deposited on poly ether sulfon (PES) and $SnO_x$-based TFTs by electron cyclotron resonance atomic layer deposition (ECR-ALD). And enhancing the WVTR (water vapor transmission rate) characteristics, barrier layer structure was modified to $Al_2O_3/TiO_2$ layered structure. For example, $Al_2O_3$, $TiO_2$ single layer, $Al_2O_3/TiO_2$ double layer and $Al_2O_3/TiO_2/Al_2O_3/TiO_2$ multilayer were studied for enhancement of water vapor barrier properties. After thin film water vapor barrier deposited on PES substrate and $SnO_x$-based TFT, thin film permeation characteristics were three orders of magnitude smaller than that without water vapor barrier layer of PES substrate, stability of $SnO_x$-based TFT devices were significantly improved. Therefore, the results indicate that $Al_2O_3/TiO_2$ water vapor barrier layers are highly proper for use as a passivation layer in $SnO_x$-based TFT devices.

• 한국표면공학회지
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• 제47권2호
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• pp.81-85
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• 2014

Ga doped ZnO (GZO)/Al bi-layered films were deposited on the glass substrate by RF and DC magnetron sputtering and then vacuum annealed at different temperatures of 100, 200 and $300^{\circ}C$ for 30 minutes to consider the effects of annealing temperature on the structural, electrical and optical properties of the films. For all depositions, the thicknesses of the GZO and Al films were kept constant at 95 and 5 nm, respectively, by controlling the deposition time. As-deposited GZO/Al bi-layered films showed a relatively low optical transmittance of 62%, while the films annealed at $300^{\circ}C$ showed a higher transmittance of 81%, compared to the other films. In addition, the electrical resistivity of the films was influenced by annealing temperature and the lowest resistivity of $9.8{\times}10^{-4}{\Omega}cm$ was observed in the films annealed at $300^{\circ}C$. Due to the increased carrier mobility, 2.35 $cm^2V^{-1}S^{-1}$ of the films. From the experimental results, it can be concluded that increasing the annealing temperature enhanced the optical and electrical properties of the GZO/Al films.

• E2M - 전기 전자와 첨단 소재
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• 제7권3호
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• pp.243-251
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• 1994

ITO(Indium Tin Oxide) film with thickness of 1500.angs. was prepared by an e-beam evaporator onto a glass and a p-type InP wafer (100) LEC grown Zn-doped p=2.3*10$\^$16/cm$\^$-3/), in which the components of ITO used for evaporation source were hot pressed pellets 1 mole% ln$\_$2/O$\_$3/+9 mole% SnO$\_$2/, and evaporated in O$\_$2/ ambient. The optimum conditions to preparation of ITO thin film were the substrate temperature of 350.deg. C, the injected oxygen pressure of 2*10$\^$-4/ torr, and the evaporation speed of 0.2-0.3.angs./sec, respectively. In these optimum conditions, the resistivity and the carrier concentration were 5.3*10$\^$-3/ .ohm.-cm, 6.5*10$\^$20/cm$\^$-3/, and the transmittance was over 80%. From the results of J-V measurements in ITO/p-InP structure solar cells, the higher pressure of injected oxygen, the more open circuit voltage. The efficiency of ITO/p-InP solar cell without the grid line contact, prepared by the optimum evaporation conditions, was 7.19%. By using the grid line contact, the efficiency, the open circuit voltage, the short circuit current density, the fill factor, the series resistance, and the shunt resistance were 8.5%, 0.47V, 29.48 mAcm$\^$-2/ , 61.35%, 3.ohm., and 26.6k.ohm., respectively.

• 대한금속재료학회지
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• 제48권6호
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• pp.565-569
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• 2010

We report on the characteristics of indium-oxide-doped ZnO (IZO) ohmic contact to p-GaN. The IZO ohmic contact layer was deposited on p-GaN by a Roll-to-Roll (RTR) sputter method. IZO contact film with a thickness of 360, 230 and 100 nm yielded an ohmic contact resistance of $4.70{\times}10^{-4}$, $5.95{\times}10^{-2}$, $4.85{\times}10^{-1}\;{\Omega}cm^{2}$ on p-GaN when annealed at $600{^{\circ}C}$ for 1 min under a nitrogen ambient, respectively. While the transmittance of IZO film with a thickness of 360 nm slightly increased in the wavelength range of 380-800 nm after annealing, the transmittance rapidly increased up to 80% after annealing at $600{^{\circ}C}$ in the wavelength range of 380~430 nm because the crystallization of IZO film and created Ga vacancies near the p-GaN surface region were affected by the annealing. These results indicate that ohmic contact resistance and transmittance of the IZO films improved.

• 반도체디스플레이기술학회지
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• 제22권1호
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• pp.18-22
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• 2023

We have investigated the effect of the concentration of oxygen vacancies on the characteristics of Mo-doped ZnO (MZO) thin films for the TCO (transparent conducting oxide). For this purpose, MZO thin films were deposited by RF magnetron sputtering at different substrate temperature from room temperature to 300℃. The electrical resistivity of the MZO films decreases with increasing substrate temperature up to 100℃ and then gradually increases at higher temperatures. To investigate the influences of the ambient gases, the flow rate of oxygen and hydrogen in argon was varied from 0.1 sccm to 0.5 sccm. The MZO thin films were preferentially oriented to the (002) direction, regardless of the ambient gases used. The electrical resistivity of the MZO thin films increased with increasing O₂ flow rates, whereas the electrical resistivity decreased sharply under an Ar+H₂ atmosphere and was nearly the same, regardless of the H₂ flow rate used. As the oxygen vacancy concentration increases, the resistivity intended to decrease. In conclusion, Oxygen vacancy affects the MZO thin film's electrical characteristics. All the films showed an average transmittance of over 80% in the visible range.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제18권10호
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• pp.2497-2502
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• 2014

본 연구에서는 고주파 마그네트론 스퍼터링 법으로 RF 파워 (50~80 W) 를 변화시켜가며 PES 플라스틱 기판 위에 GZO ($Ga_2O_3$ : 5 wt %, ZnO : 95 wt %) 박막을 제작하여, 광학적 및 전기적 특성을 조사하였다. XRD 측정을 통해 공정 조건에 관계없이 모든 GZO 박막이 c 축으로 우선 성장함을 확인할 수 있었고, 70W에서 제작한 GZO 박막이 반가폭 $0.44^{\circ}$로 가장 우수한 결정성을 나타내었다. 박막의 표면을 AFM 으로 조사한 결과, 표면 거칠기 값은 RF 파워 70 W 에서 제작한 박막에서 가장 낮은 값인 0.20 nm 를 나타내었다. Hall 측정 결과, RF 파워 70 W에서 제작한 GZO 박막에서 가장 낮은 비저항 $6.93{\times}10^{-4}{\Omega}{\cdot}cm$ 값과 가장 높은 캐리어 농도 $7.04{\times}10^{20}cm^{-3}$ 및 이동도 $12.70cm^2/Vs$ 값을 나타내었다. 모든 GZO 박막은 RF 파워에 무관하게 가시광 영역에서 약 80 % 정도의 투과율을 나타냈으며, 캐리어 농도의 증가에 따라 에너지 밴드갭이 청색 편이 되는 Burstein-Moss 효과도 관찰할 수 있었다.