• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.22 no.5
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• pp.257-261
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• 2013

We have studied structural, optical, and electrical properties of the Al-doped ZnO (AZO) thin films using RF magnetron sputtering with various working pressure. To find optimal properties of AZO for transparent conducting oxides, the working pressure in sputtering process was varied as 0.07 Torr, 0.02 Torr, and 0.007 Torr, respectively. As working pressure increased, the crystallinity of AZO thin film was improved, the surface roughness of AZO thin film decreased. The transmittance of the film was over 80% in the visible light range regardless of the changes in working pressure. In case of 0.007 Torr, best electrical properties was shown due to the reduction of oxygen absorption by decreasing surface roughness.

• Journal of Sensor Science and Technology
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• v.11 no.2
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• pp.118-123
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• 2002

$ZnGa_2O_4$ thin film phosphors have been deposited using a pulsed laser deposition technique on $Al_2O_3$(0001) substrates at a substrate temperature of $550^{\circ}C$ with various oxygen pressures 100, 200 and 300 mTorr. The films grown under different growth oxygen pressures have been characterized using microstructural and luminescent measurements. The different photoluminescence (PL) characteristics with the increase in oxygen pressures may result from the change of the crystallinity and the composition ratio of Zn and Ga in the films. The luminescent spectra show a broad band extending from 300 to 600 nm peaking at 460 nm. The PL brightness data obtained from the $ZnGa_2O_4$ films grown under optimized conditions have indicated that the sapphire is a promising substrate for the growth of high quality $ZnGa_2O_4$ thin film phosphor.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.11a
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• pp.359-359
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• 2009

투명전도 산화막 재료로 널리 사용되고 있는 ITO는 전기적 및 광학적 특성이 우수한 장점이 있으나, ITO의 주 재료인 인듐은 매장량이 적어서 가격이 고가인 단점이 있어 대체 재료의 개발이 시급한 상황이다. ITO 대체 TCO로 가장 유력한 후보인 Al doped ZnO(AZO)는 가시광을 투과하는 성질을 가지고 있고, 저온 공정이 가능하다는 장점뿐만 아니라 수소 분위기의 안정성 및 가격이 싸다는 장점이 있다. 본 연구에서는 양이온 금속원소(Al)과 음이온 할로겐 원소(F) 및 수소(H)를 co-doping한 ZnO 박막을 rf 마그네트론 스퍼터를 이용하여 증착한 뒤 도핑량과 진공중에서의 열처리에 따른 전기적 및 광학적 특성에 대해 고찰하였다. Al과 H를 co-doping한 ZnO의 박막의 경우 Al의 농도가 낮은 TCO박막이 전기적 특서에서 더 큰 향상을 보였으며, 동일한 F 함량에서는 H 함량이 늘어날수록 캐리어의 증가해 TCO박막의 전기적 특성이 향상되는 것으로 나타났다. 그러나 진공중의 열처리에 따른 F와 H의 거동은 반대로 나타났다. 이 연구를 통해서 $36.2cm^2$/Vs의 높은 홀 이동도와 $2.9{\times}10^{-4}{\Omega}cm$의 낮은 비저항을 가지는 ZnO계 박막의 제조가 가능하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.291.2-291.2
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• 2014

ZnO 박막(thin film)은 씨앗층(seed layer)의 종류, 두께, 증착 조건 등에 따라 그 특성이 달라지는 것으로 알려져 있다. 이에 본 연구에서는 씨앗층의 종류에 따른 박막의 특성변화를 알아 보기 위해, 졸겔 스핀코팅(sol-gel spin-coating) 방법으로 4가지 종류의 씨앗층(Al-ZnO, Co-ZnO, Cu-ZnO, In-ZnO) 위에 ZnO 박막을 성장 한 후 성장된 ZnO 박막의 구조적, 광학적 특성을 field emission scanning electron microscope, X-ray diffractometer, UV-visible spectrometer를 통해 조사하였다. ZnO 박막의 표면구조는 씨앗층의 종류에 따라 변하였으며, 씨앗층 위에 성장된 ZnO 박막들의 c축 배향성과 결정성이 씨앗층 없이 성장된 ZnO 박막보다 더 우수하게 나타났다. 투과도(transmittance) 측정값을 통해 계산된 광학적 밴드갭(optical bandgap)과 Urbach 에너지는 씨앗층에 따라 다른 값을 나타내었다. 광학적 밴드갭은 Al-ZnO 씨앗층 위에 성장된 ZnO 박막에서 가장 크게 나타났으며, Urbach 에너지는 Co-ZnO 씨앗층 위에 성장된 ZnO 박막에서 가장 낮았다. 따라서 ZnO박막 성장 시 용도에 맞게 적절한 씨앗층을 사용하는 것은 소자의 성능을 향상시키는데 매우 중요한 역할을 할 수 있다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.100.2-100.2
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• 2010

Superstrate형 실리콘 박막 태양전지에서 전면전극으로 사용되는 투명전도막의 표면형상은 태양전지내로 입사하는 태양광의 표면산란에 영향을 미치며 표면산란 증가를 통한 광 포획 및 단락전류밀도 향상을 통하여 태양전지 효율을 증대시키는 중요한 역할을 한다. 기존에 실리콘박막 태양전지용으로 많이 사용되는 상용 Asahi-U형 투명전도막은 수소 플라즈마에 대한 안정성이 낮고 입사광의 장파장 대역에서의 산란특성이 낮아 실리콘 박막 태양전지의 고효율화에 한계점이 있었다. 최근에 Asahi-U형 투명전도막을 대신하여 ZnO계 투명전도막을 전면전극으로 사용하려는 연구가 활발히 진행되고 있으며 Al을 토핑원소로 사용하는 ZnO:Al 투명전도막은 우수한 전기적, 광학적 특성과 수소플라즈마 안정성 및 저 비용 등의 우수한 장점을 갖고 있다. 스퍼터링 방식으로 제조된 ZnO:Al 투명전도막의 표면형상은 일반적으로 증착 후 습식식각을 통하여 조절되며 식각 전 박막의 미세구조에 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 또한 습식 식각 이후의 표면거칠기에 따라 다양한 광학적, 전기적 특성을 나타낸다. 본 연구에서는 in-line RF-magnetron sputter 장비를 이용하여 다양한 공정조건하에서 ZnO:Al 투명전도막을 제조하고 증착된 박막의 미세구조 특성에 따른 습식식각 이후의 표면형상 변화 및 전기적 광학적 특성 변화를 조사하였다.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.39 no.7
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• pp.649-656
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• 2002

In situ patterned zinc oxide thin films were prepared by precipitation of Zn(NO$_3$)$_2$ aqueous solution containing urea and by microcontact printing using Self-Assembled Monolayers(SAMs) on A1/SiO$_2$/Si substrates. The visible precipitation of Zn(OH)$_2$ that was formed in the Zn(NO$_3$)$_2$ aqueous solution containing urea was enhanced with an increase of the reaction temperature and the amount of urea. As the reaction time of Zn(NO$_3$)$_2$ with urea was prolonged, the thickness and grain size of Zn(OH)$_2$ thin layers were increased, respectively. The optimum precipitation condition was at 80$\^{C}$ for 1 h for the solution with the ratio of Zn(NO$_3$)$_2$ to urea of 1 : 8. Homogeneous ZnO thin films were fabricated by the heat treatment of 600$\^{C}$ for 1 h of Zn(OH)$_2$ precipitation on Al/SiO$_2$/Si substrate. This was available to the in-situ patterned ZnO thin films with uniform grain size. Hydrophobic SAM, Octadecylphosphonic Acid(OPA) and hydrophilic SAM, 2-Carboxyethylphosphonic Acid(CPA) were applied on the Al/SiO$_2$/Si substrate by microcontact printing method. In situ patterned ZnO thin film was successfully prepared by the heat treatment of Zn(OH)$_2$ precipitated on the surface of hydrophilic SAM, CPA.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.364-364
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• 2013

현재 투명전극은 주로 ITO를 사용하고 있으며, ITO는 인듐산화물(In2O3)과 주석산화물(SnO2)이 9대 1의 비율로 혼합된 화합물로 인듐이 주성분이다. 따라서 ITO 사용량의 증가는 인듐의 수요 증가를 이끌어 2003년 이후 인듐 잉곳의 가격이 급등하였다. LCD에 응용되는 금속재료의 가격추이를 비교해보면, 인듐이 가장 큰 변화를 보이고 있으며, 2005년 인듐 가격은 2002년 대비 1,000% 이상 상승하였다가 2007년 이후 500%p 하락하여 2008년 2월 22일 기준으로 톤당 49만 달러에 거래되고 있다. 같은 기간 동안 알루미늄의 가격은 76.6% 상승하였으며 구리는 394%, 주석은 331% 상승하였다. 이러한 인듐의 가격 상승폭은 동일한 기간 동안 다른 금속 재료와 비해 매우 크며, 단위 질량당 가격도 20배 이상 높은 수준이다. ITO의 주성분인 인듐의 이러한 가격의 급등 및 향후 인듐의 Shortage 예상으로 인해 ITO 대체재 확보의 필요성이 증가되고 있다. 태양광 발전산업에서 현재 주류인 결정질 실리콘 태양전지의 변환효율은 꾸준히 향상되고 있으나, 태양전지의 가격이 매년 서서히 하강되고 있는 실정에서 결정질 실리콘 가격의 상승 등으로 고부가 가치 산업유지에 어려움이 있으며, 생산 원가를 낮출 수 있는 태양전지 제조기술로는 2세대 태양전지로 불리는 박막형이 현재의 대안으로 자리매김하고 있으며, 박막태양전지 산업분야가 현재의 정부정책 지원 없이 자생력을 갖추고 또한 시장 경쟁력을 확보하기 위해서는 박막태양전지 개발과 더불어 저가의 재료개발도 시급한 상황이다. 본 연구에서는 In-line magnetron sputtering system을 사용하여 소다라임 유리기판 위에 박막태양전지용 투명전도성 ZnO(Al) 박막 및 ZnO(AlGa) 박막을 각각 제작하였다. 각각 박막의 표면특성 및 성장구조, 결정성을 조사하였고, 또한 전기적 특성, 홀이동도와 개리어농도, 박막의 두께, 광투과율 특성을 연구하였다. ZnO(Al)박막, ZnO(AlGa)박막 대한 각각 특성을 평가하고 그 결과들을 논하고자 한다.

• Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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• v.44 no.5
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• pp.1-7
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• 2007

AZO thin films have been fabricated on quartz substrate with various Al doping concentrations and annealing temperatures by sol-gel method. The bset condition of (002) orientation and smooth surface (rms = 1.082 nm) is obtained for the AZO thin film doped with 1 mol % Al and annealed at 550 $^{\circ}C$. The optical transmittance of AZO thin films is higher than 80 % in the visible region. We observe that the energy band gap extends with increasing the Al doping concentration. This phenomenon is due to the Burstein-Moss effect. Through the measurement of Hall effect, it is observed that the AZO thin film has larger carrier concentration and smaller electrical resistivity than the pure ZnO thin film. However, the AZO thin film shows the decrease of carrier concentration and the increase of resistivity with the increase of Al concentration, that is due to the segregation of Al at grain boundaries. The maximum carrier concentration of $1.80{\times}10^{19}\;cm^{-3}$ and the minimum resistivity of 0.84 ${\Omega}cm$ are obtained for the AZO thin film doped with 1 mol % Al and annealed at 550 $^{\circ}C$.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.06a
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• pp.176-179
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• 2009

ZnO:Al 투명전도막을 유리기판위에 in-line RF-magnetron sputtering법으로 증착온도 및 증착압력에 따라 제조하고, 습식식각에 따른 박막의 표면형상 및 광학적 특성변화를 조사하였다. 초기박막은 육방정계(Hexanonal wurtzite)의 결정 구조와 (002)면의 c-축 우선배향성을 갖으며 가시광 영역에서 높은 광 투과도(T $\geq$ 80%)와 낮은 비저항($\rho\;=\;5.2{\times}10^{-4}{\Omega}{\cdot}cm$)의 특성을 나타내었다. 습식 식각 후 박막의 표면형상은 식각 전 박막의 결정성에 큰 의존성을 보이며 본 연구에서는 1 mTorr의 낮은 증착압력과 $350^{\circ}C$의 높은 증착온도에서 증착된 결정성이 우수한 막에서 높고 균일한 형태의 crater를 갖는 표면형상을 얻을 수 있었다. 균일한 crater를 형성하는 ZnO:Al 박막은 hill 형태의 표면형상을 갖는 상용 Asahi-U glass에 비하여 높은 Haze ($T_{diffused}/T_{total}$)값과 넓은 산란각을 나타내어 향상된 광 산란특성을 갖으며 이는 실리콘 박막 태양전지내로 입사된 광의 산란경로를 증가시켜 태양전지 성능을 크게 향상시킬 수 있을 것으로 기대한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.251-251
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• 2011

ZnO는 투명전극, 태양전지, 광전소자, 다이오드, 센서, 산화물 TFT 등에 널리 사용되는 재료로서, hexagonal wurtzite 결정구조, 약 3.37eV 정도의 넓은 밴드갭, 60mV의 여기 바인딩 에너지를 가지는 것으로 알려져있다. 순수한 ZnO 박막은 일반적으로 n-형 특성을 나타내고 있지만, ZnO-based 광전소자 분야에서는 p-형 전도의 부족이라는 큰 단점을 가지고 있으며 광전소자로서의 ZnO의 응용에서 n-형과 p-형 전도는 둘다 필수적이다. 또한 ZnO 박막의 억셉터 농도를 증가시키기 위해서 억셉터(N,P)와 도너(Ga,Al,In)를 동시치환시킨 몇몇 연구가 있어왔다.본 연구에서는 Al과 P를 동시치환시킨 Al0.02-XP0.01+xZn0.970 (x=0, 0.005, 0.01) 조성에서 산소 분압을 변화 시켰을때의 박막의 구조적, 전기적 특성에 대해 관찰하였다. 박막의 경우는 c-plane 사파이어 기판에서 PLD 로 증착시켰다.