• Title/Summary/Keyword: ZnO 결정립

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RF-Magnetron Sputtering법에 의해 성막된 $Ga_2O_3$가 혼합된 ZnO박막의 전기적 및 광학적 특성

  • Kim, Mi-Seon;Bae, Gang;Son, Seon-Yeong;Hong, U-Pyo;Kim, Hwa-Min;Lee, Jong-Yeong
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • 2010.02a
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    • pp.120-120
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    • 2010
  • 최근 투명전도성 산화물(Transparent Conductive Oxide, TCO) 박막은 액정 표시소자(LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP), 압전소자 및 태양전지의 투명소자로 사용되어지고 있다. 현재 가장 널리 사용되어지고 있는 투명전극물질인 인듐주석산화물(indium tin oxide, ITO)은 낮은 비저항과 높은 투과율을 가지고 있지만, 높은 원자재의 가격 및 수소플라즈마 처리시 In과 Sn이 환원되어 전기적, 광학적으로 불안정한 문제점들이 지적되고 있다. 이러한 문제점들을 해결하기 위해 최근 적외선 및 가시광선 영역에서 높은 투과도 및 전기 전도성과 수소플라즈마에 대한 화학적 안정성을 갖는 ZnO를 기반으로 3족 원소를 첨가한 새로운 투명 전도막에 대한 연구가 활발하다. 본 연구에서는 RF-Magnetron Sputtering법을 이용하여 $Ga_2O_3$ 혼합비에 따라 제작된 ZnO(GZO) 박막들의 전기적, 광학적, 구조적인 특성들을 분석하였다. 측정결과, $Ga_2O_3$의 첨가량이 7 wt.%인 GZO 박막이 가시광선영역에서 80%이상의 높은 투과율과 $50.5\;\Omega/\Box$의 가장 낮은 면저항을 나타내었다. 이는 Ga원소가 다른 3족 원소와 격자결합을 비교할 때, 이온의 크기가 Zn원소와 비슷하여 최적화된 혼합율을 가지는 경우 격자결합을 최소화시켜 캐리어 밀도의 증가로 인해 높은 전도성을 가지며, 고온에서도 전기적 특성 및 내구성이 향상되기 때문이다. 또한 기판온도에 따른 열처리 특성으로서 기판의 온도를 $100^{\circ}{\sim}400^{\circ}C$까지 변화를 주어 실험하였다. X-선 회절패턴 분석결과 기판온도가 증가함에 따라 ZnO (002) 방향이 감소하는 반면 ZnO(103) 방향이 증가하였으며, 기판온도가 $300^{\circ}C$ 일 때 $17.1\;\Omega/\Box$의로 가장 낮은 면저항이 나타났다. 이는 SEM 이미지를 분석한 결과, 실온에서 제작된 박막과 비교해 300 에서 증착된 GZO 박막이 결정립의 크기가 크고 밀도도 조밀해져 전하의 이동도가 향상되었기 때문이다.

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A Study on he Optical and Electrical Properties of $In_2O_3-ZnO$ Thin Films Fabricated by Pulsed Laser Deposition (PLD 법으로 제작한 $In_2O_3-ZnO$ 박막의 광학적 및 전기적 특성)

  • Shin, Hyun-Ho;Han, Jung-Woo;Kang, Seong-Jun;Yoon, Yung-Sup
    • Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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    • v.45 no.7
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    • pp.32-36
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    • 2008
  • In this study, $In_2O_3-ZnO$ thin films are prepared on quartz substrates by the pulsed laser deposition and their optical and electrical properties are investigated as the function of substrate temperatures ($200{\sim}600^{\circ}C$) at the fixed oxygen pressure of 200 mTorr. The XRD measurement shows that polycrystalline $In_2O_3-ZnO$ thin films are formed. In the XRD measurement, the intensity of the (400) $In_2O_3$ peak at $35.5^{\circ}$ decreases and that of the (222) $In_2O_3$ peak at $30.6^{\circ}$ increases with the increase substrate temperature up to $500^{\circ}C$. From the result of AFM measurement, the morphology of $In_2O_3-ZnO$ thin films are observed as round-type grains. The lowest surface roughness (6.15 nm) is obtained for the $In_2O_3-ZnO$ thin film fabricated at $500^{\circ}C$. The optical transmittance of $In_2O_3-ZnO$ thin films are higher than 82% in the visible region. The maximum carrier concentration of $2.46{\times}10^{20}cm^{-3}$ and the minimum resistivity of $1.36{\times}10^{-3}{\Omega}cm$ are obtained also for the $In_2O_3-ZnO$ thin film fabricated at $500^{\circ}C$.

Effects of $\textrm{Al}_2\textrm{O}_3$ Addition on Mrcrostructure and Conductivity of CaO-stabilized $\textrm{ZrO}_{2}$ (CaO안정화 $\textrm{ZrO}_{2}$의 미세구조 및 전기전도도에 미치는 $\textrm{Al}_2\textrm{O}_3$의 첨가효과)

  • Choe, Yong-Gyu;Lee, Ju-Sin;Kim, Hae-Du
    • Korean Journal of Materials Research
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    • v.8 no.3
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    • pp.256-262
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    • 1998
  • 산소이온전도체 13mol% CaO안정화 $ZrO_{2}$에 대한 $AI_{2}$$O_{3}$의 첨가효과를 살펴보기 위해 출발원료분말을 ($Zr_{0.87}$ $Ca_{0.13}$ O$1.87_{1-x}$ $AI_{2}$$O_{3}$)x,(x=0,0.01,0.02,0.03,0.05)와 같은 조성이 되도록 공침법으로 합성하고 $1400^{\circ}C$에서 소결시켜, $AI_{2}$$O_{3}$의 첨가에 따른 /grain size의 변화, $AI_{2}$$O_{3}$의 형태 및 존재위치, 소결밀도의 변화, 그리고 저항률의 변화를 살펴보았다. 그 결과, 결정립의 크기는 1mol% A $I_{2}$$O_{3}$첨가까지는 증가하였고, 2mol%첨가이상에서는 입계로 석출하기 시작한 $AI_{2}$$O_{3}$의 pinning효과에 기인되어 감소하였다. 또 1mol% $AI_{2}$$O_{3}$첨가시에 격자상수값의 급격한 감소가 보여지고, 그 이상에서는 변화가 별로 없어 13mol%CaO안정화 $ZnO_{2}$의 고용도한은 최대 1mol%임을 알 수 있었다. 전기전도도 또한 1mol% $AI_{2}$$O_{3}$첨가시에 증가됨을 나타냈다. $ZrO_{2}$에의 고용도한까지의 $AI_{2}$$O_{3}$첨가는 결정립성장을 촉진시키며 밀도값의 증대를 가져오고 전기전도도의 증가를 가져오는 긍정적인 효과를 나타냈다.

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Electromagnetic properties and attenuation of Mn-Zn ferrite used in the blocking filter application (Blocking filter 자심 재료용 Mn-Zn ferrite 의 전자기적 특성 및 신호 감쇄율)

  • Lee, Hae-Yon;Kim, Hyun-Sik;Kim, Jong-Ryung;Oh, Young-Woo
    • Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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    • 2002.11a
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    • pp.95-98
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    • 2002
  • 전력선 통신 blocking filter용 자심 재료를 개발하기 위해서 MnO 24 mol%, ZnO 25 mol% and $Fe_{2}O_{3}$ 51 mol% 의 기본조성에 $MoO_{3}$, $SiO_{2}$, CaO를 첨가하여 $1350^{\circ}C$에서 대기압 상수 A를 7.8롤 고정하고 소결하여 미세구조를 제어하였으며 기본 조성에 $MoO_{3}$ 400 ppm, $SiO_{2}$ 100 ppm and CaO 200 ppm을 첨가한 경우 평균 입경 $25{\mu}m$ 의 균일한 결정립으로 구성된 미세구조를 얻었고 기공의 감소에 의한 치밀화로 $4.98g/cm^{2}$의 고밀도화가 이루어 졌다. 또한 소결체의 균일한 미세구조와 고밀도화로 인해서 8221(${25^{\circ}C}$, 1 KHz) 의 가장 높은 투자율 특성을 나타냈다. 시편의 온도가 증가함에 따라 투자율이 증가되어 ${110^{\circ}C}$에서 13904의 거대 투자융이 측정되었고, 코일의 인가주파수가 1 KHz에서 1 MHz까지 증가됨에 따라 최고 ${102^{\circ}C}$까지 시편 온도가 상승하였다. 가장 높은 투자율 특성을 나타낸 ferrite 코어를 사용하여 단상 및 3상용 블로킹 필터의 감쇄율을 측정한 결과 현재 국내의 전력선 통신용 주파수 대역으로 규정되어 있는 10 KHz ~ 450 KHz 대역에서 각각 -46.46 dB와 -73.9 dB의 최고 값을 얻었다.

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Effects of In concentration and substrate temperature on properties of ZIO films deposited by RF magnetron sputtering (RF 스퍼터링법에 의해 증착한 ZIO 박막의 물성에 미치는 In 함량과 기판온도의 영향)

  • Park, Se-Hun;Park, Ji-Bong;Song, Pung-Geun
    • Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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    • 2009.05a
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    • pp.135-135
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    • 2009
  • ZIO 박막은 RF 마그네트론법으로 다양한 $In_{2}O_{3}$ 함량을 소결체 ZIO 타겟을 사용하여 유리 기판위에 증착되었다. $In_{2}O_{3}$ 9.54 wt%를 함유한 ZIO 타겟을 이용하여 PT에서 증착한 박막이 가장 낮은 비저항 $9.13{\times}10^{-4}{\Omega}cm$를 나타내었다. 전기적 특성을 향상시키기 위하여 기판온도를 상승하였으나 오히려 전기적 특성이 저하되는 결과를 나타났다. 게다가 기계적 특성 역시 기판온도 상승에 따라 저하되었다. 한편 XRD 측정을 통하여 기판온도 200과 $300^{\circ}C$에서 ZnO (002) 면과 $In_{2}O_{3}$ (400) 면이 동시에 관찰되었다. 그러므로 전기적, 기계적 특성의 저하는 상분리, 결정립크기의 감소와 같은 결정성 저하에 기인한다고 생각된다.

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The Residual Stress Effect on Microstructure and Optical Property of ZnO Films Produced by RF Sputtering (R.F Sputtering으로 제조한 ZnO박막의 미세구조와 광학적 특성에 미치는 잔류응력의 영향)

  • Ryu, Sang;Kim, Young-Man
    • Journal of the Korean institute of surface engineering
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    • v.38 no.4
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    • pp.144-149
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    • 2005
  • ZnO films were produced on the Si(100) and sapphire(0001) wafers by RF magnetron sputtering in terms of processing variables such as substrate temperature and RF power. The stress in films was obtained from the Stoney's formula using a laser scanning device. The stress levels in the films showed the range from $\~40$ MPa to $\~-1100$MPa depending on processing variables. The specimens were thermally cycled from R.T. to $250^{\circ}C$ to investigate the stress variation as a function of temperature. SEM was employed to characterize the microstructure of te films. As the substrate temperature increased, the film surface became rougher and the films showed coarser grains. The optical property o the films was studied by PL measurements. At the highest substrate temperature $800^{\circ}C$ the film exhibited sharper UV peaks unlike other conditions.

Development of High Efficiency CIGS Thin Film Solar Cells by co-evaporation process (동시진공증발법을 이용한 고효율 CIGS 박막 태양전지 개발)

  • Yun, Jae-Ho;Ahn, Se-Jin;Ahn, Byung-Tae;Pak, Hi-Sun;Yoon, Kyung-Hoon
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • 2009.06a
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    • pp.23-23
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    • 2009
  • CIGS 박막 태양전지는 제조단가가 낮고 박막 태양전지 중에서 변환효율이 가장 높아 발전 가능성이 큰 태양전지로 인식되고 있다. 이미 일본, 독일, 미국을 비롯한 선진국에서는 30-50 MW 급의 양산 라인이 구축되고 있어 2010년 이후에는 본격적인 상용화가 진행될 것으로 보인다. CIGS 광흡수층은 진공증발, 셀렌화, 나노입자, 전기도금등 다양한 방식으로 제조가 가능한데 이 중에서도 동시진공증발공정은 고효율 CIGS 박막 태양전지 제조에 적합하다. 본 연구에서는 동시진공증발법을 이용하여 CIGS 박막을 증착하였으며 소다회유리/Mo/CIGS/CdS/i-ZnO/n-ZnO/Al/AR 구조의 태양전지를 제조하였다. 기판온도 모니터링을 통한 Cu 이차상 조절 기술을 이용하여 결정립이 매우 큰 CIGS 박막을 증착하였으며 Ga/(In+Ga) 조성비의 조절을 통하여 밴드갭 에너지를 최적화하였다. 또한 QCM 장치를 활용하여 용액 속에서 성장되는 CdS 박막의 두께와 특성을 조절하였다. 이러한 공정최적화를 통하여 개방전압 0.65 V, 단락전류밀도 38.8 $mA/cm^2$, 충실도 0.74 그리고 변환효율 18.8% 의 CIGS 박막 태양전지를 얻었다.

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Zr 도핑을 통한 산화주석 기반 박막트랜지스터 특성 향상

  • Han, Dong-Seok;Gang, Yu-Jin;Park, Jae-Hyeong;Park, Jong-Wan
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • 2013.08a
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    • pp.182.2-182.2
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    • 2013
  • 최근 산화아연이나 산화주석을 기반으로 한 산화물 박막 트랜지스터의 연구가 활발히 진행중이다. 2004년 Hosono 그룹에서 비정질 InGaZnO (IGZO) 박막을 이용한 TFT소자 제작을 보고하고 우수한 특성을 확인 후 산화물 TFT 소자기술에 대한 전 세계적인 연구개발의 발판이 마련되었다. 그러나 다성분계 화합물로 이루어진 산화물 반도체의 경우 복잡한 성분 조합과 조절이 어렵고, 장비의 제약으로 상용화에 어려움을 겪고 있다. 산화아연의 경우 증착시 쉽게 결정화가 이루어져 대면적 균일성을 확보하기 어렵고, 결정립계에 의한 이동도 저하, DC 신뢰성 저하의 문제가 발생한다. 이에 비해 산화주석의 경우 증착공정에 따라 비정질상과 결정립상을 조절할 수 있다. 하지만, 현재까지 발표된 산화주석 기반의 박막 트랜지스터는 내부 캐리어의 조절이 상대적으로 어려운 단점이 보고되었다. 본 연구에서는 산화 주석기반의 박막 트랜지스터를 제작하고 이에 Zr이온을 도핑하여 소자 특성을 개선시키고 동작모드를 조절하는 연구를 진행하였다. Bottom gate 형식의 ZrSnO TFT를 제작하였고 전이 특성을 살펴본 결과 Zr의 함량이 늘어날수록 이동도는 감소하는 경향이 나타났다. 또한 Zr의 미량 함량에도 불구하고 산소결핍에 의한 캐리어 생성을 억제하여, 소자 특성을 공정조건에 따라 조절할 수 있는 가능성을 확인 했다.

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Microstructure of ZnO Thin Film on Nano-Scale Diamond Powder Using ALD (나노급 다이아몬드 파우더에 ALD로 제조된 ZnO 박막 연구)

  • Park, S.J.;Song, S.O.
    • Journal of the Korean Vacuum Society
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    • v.17 no.6
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    • pp.538-543
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    • 2008
  • Recently a nano-scale diamond is possible to manufacture forms of powder(below 100 nm) by new processing of explosion or deposition method. Using a sintering of nano-scale diamond is possible to manufacture of grinding tools. We have need of a processing development of coated uniformly inorganic to prevent an abnormal grain growth of nano-crystal and bonding obstacle caused by sintering process. This paper, in order to improve the sintering property of nano-scale diamond, we coated ZnO thin films(thickness: $20{\sim}30\;nm$) in a vacuum by ALD(atomic layer deposition) Economically, in order to deposit ZnO all over the surface of nano-scale diamond powder, we used a new modified fluidized bed processing replaced mechanical vibration effect or fluidized bed reactor which utilized diamond floating owing to pressure of pulse(or purge) processing after inserted diamond powders in quartz tube(L: 20 mm) then closed quartz tube by porosity glass filter. We deposited ZnO thin films by ALD in closed both sides of quartz tube by porosity glass filter by ALD(precursor: DEZn($C_4H_{10}Zn$), reaction gas: $H_2O$) at $10^{\circ}C$(in canister). Processing procedure and injection time of reaction materials set up DEZn pulse-0.1 sec, DEZn purge-20 sec, $H_2O$ pulse-0.1 sec, $H_2O$ purge-40 sec and we put in operation repetitive 100 cycles(1 cycle is 4 steps) We confirmed microstructure of diamond powder and diamond powder doped ZnO thin film by TEM(transmission electron microscope) Through TEM analysis, we confirmed that diamond powder diameter was some $70{\sim}120\;nm$ and shape was tetragonal, hexagonal, etc before ALD. We confirmed that diameter of diamond powders doped ZnO thin film was some $70{\sim}120\;nm$ and uniform ZnO(thickness: $20{\sim}30\;nm$) thin film was successfully deposited on diamond powder surface according to brightness difference between diamond powder and ZnO.

Electrical and Dielectric Properties of Zn-Pr-Co-Cr-Dy Oxides-based Varistors (Zn-Pr-Co-Cr-Dy 산화물계 바리스터의 전기적, 유전적 특성)

  • 남춘우;박종아;김명준;류정선
    • Journal of the Korean Ceramic Society
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    • v.40 no.10
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    • pp.943-948
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    • 2003
  • The microstructure and electrical characteristics of Zn-Pr-Co-Cr-Dy oxides-based varistors were investigated with Dy$_2$ $O_3$ content in the range of 0.0∼2.0 ㏖%. As Dy$_2$ $O_3$ content is increased, the average grain size was decreased in the range of 18.2∼4.6 $\mu\textrm{m}$ and the ceramic density was decreased in the range of 5.49∼4.64 g/㎤. The incorporation of Dy$_2$ $O_3$ markedly enhanced the nonlinear properties of varistors more than 9 times in nonlinear exponent, compared with the varistor without Dy$_2$ $O_3$ The varistor with 0.5∼1.0 ㏖% Dy$_2$ $O_3$ exhibited the high nonlinearity, in which the nonlinear exponent is above 55 and the leakage current is below 1.0 ${\mu}\textrm{A}$. The donor concentration and the density of interface states were decreased in the range of (4.66∼0.25)${\times}$10$\^$18//㎤ and (5.70∼1.39)${\times}$10$\^$12//$\textrm{cm}^2$, respectively, with increasing Dy$_2$ $O_3$ content. The minimum dielectric dissipation factor of 0.0023 was obtained for 0.5 ㏖% Dy$_2$ $O_3$, but further addition of Dy$_2$ $O_3$ increased it.