마그네트론 스퍼터링법으로 증착된 AlGaZnO 박막의 전기적 및 구조적 특성

Title
마그네트론 스퍼터링법으로 증착된 AlGaZnO 박막의 전기적 및 구조적 특성
Authors
강정우
Keywords
마그네트론스퍼터링법으로증착된algazno박막의전기적및구조적특성
Issue Date
2011
Publisher
인하대학교
Abstract
태양전지 및 평판디스플레이와 같은 광전자장치에서는 투명전극산화막 (transparent conducting oxide(TCO))적용은 필수적이다. 위와 같은 응용기기들을 위한 투명전극산화막(TCO)로써 ITO (Indium tin oxide)는 가장 널리 이용되어 왔다. 이는 낮은 비저항(~2 × 10-4 Ωm)과 높은 가시광투과도(~90 % at 550 nm)와 높은 일함수(~ 4.8 eV)를 가지고 있기 때문이다. 그러나 Indium( In )이 희토류원소이므로, ITO(Indium tin oxide) 박막을 제조하는 가격은 상당히 고가이다. 현재 ITO(Indium tin oxide)의 대체하기 위해 F-doped SnO2, Sb-doped SnO2, Al-doped ZnO (AZO), and Ga doped ZnO (GZO) 등과 같은 다양한 TCO 소재들이 연구되어져 왔으며, 현재 이용되어지고 있다. 또한 ZnO:Al 박막과 ZnO:Ga 박막에 관하여 많은 연구가 되어왔으나, AlGaZnO 박막에 관해서는 아직까지 연구가 미비하다. 그래서 본 연구를 통해 AlGaZnO 박막의 전기적, 광학적 특징에 대한 연구를 하고자 한다. 이를 위해 DC/RF 마그네트론 동시 스퍼터링법으로 Gallium-doped Zinc Oxide (GZO) (Ga2O3: 10 wt%, ZnO: 90 wt%)과 Aluminum-doped Zinc Oxide (AZO) (Al2O3: 3 wt%, ZnO: 97 wt%) 타겟을 이용하여, 유리기판 위에 ZnO:Al와 ZnO:Ga의 타겟을 동시에 스퍼터링하여 박막을 제작하였다. 박막의 Ga농도는 ZnO:Ga(Ga2O3: 10 wt%, ZnO: 90 wt%) 타겟을 스퍼터링할 때 RF파워를 변수로 하여 조건을 다양화하였으며, 이때 ZnO:Al의 DC파워는 일정하게 유지하였다. 실험결과에서 ZnO:Al 타겟의 DC파워를 60W으로 유지하는 동시에, ZnO:Ga 타겟의 RF파워를 200 W로 하였을 때, 투과도의 손실이 없는 최소저항 (2.14 × 10−2 Ωcm)의 AlGaZnO 박막을 얻을 수 있었다.
Description
Ⅰ. 서론 1 1.1 연구 배경 1 1.2 연구 목적 3 Ⅱ. 이론적 배경 4 2.1 투명전도막 4 2.1.1 투명전도막의 개요 5 2.1.2 투명전도막의 특성 5 2.1.2.1 전기적 특성 5 2.1.2.2 광학적 특성 7 2.1.2.3 에칭특성 9 2.1.3 투명전도막의 미세구조 9 2.1.3.1 투명전도막의 미세구조 결정 요인 9 2.1.3.2 투명전도막의 내부응력 11 2.1.3.3 투명전도막의 성장과정 12 2.1.3.4 스퍼터링 방법으로 증착된 박막의 특성 14 2.2 물리적 기상 증착(Physical Vapor Deposition) 16 2.2.1 플라즈마 16 2.2.1.1 플라즈마의 정의 16 2.2.1.2 플라즈마의 특성 19 2.2.2 스퍼터링 20 2.2.2.1 타겟 표면과 이온과의 반응 20 2.2.2.2 스퍼터링의 원리 22 2.2.2.3 스퍼터율 27 2.2.2.4 스퍼터링법의 종류 28 Ⅲ. 실험방법 37 3.1 AGZO 박막의 제조 38 3.2 전기적, 광학적 특성 분석 40 Ⅳ. 결과 및 고찰 41 4.1 AGZO 박막의 전기적 특성 평가 41 4.2 결정구조 분석 43 4.3 표면형상 분석 45 4.4 AGZO 박막의 광학적 특성 평가 48 Ⅴ. 최종결론 49 Ⅵ. 참고문헌 51 Figure Ⅱ- 1 Formation of charge carrier (a) Metal, (b) TCO 6 Figure Ⅱ- 2 Transmittance resp. reflectance of Ag layer surface roughness 8 Figure Ⅱ- 3 Determinants of the fine structure of thin films 10 Figure Ⅱ- 4 The Thornton Structure Zone Model 11 Figure Ⅱ- 5 Tensile stress and Compressive stress 12 Figure Ⅱ- 6 Atomistic processes during the growth 13 Figure Ⅱ- 7 Atom elastic collision 17 Figure Ⅱ- 8 Ionization 18 Figure Ⅱ- 9 Excitation & Relaxation 18 Figure Ⅱ- 10 Synopsis of the interaction enents occuring at and at and near the target surface uring the during the sputtering process 21 Figure Ⅱ- 11 Computer simulation of a portion of collision sequence initiated by a single ion-ombardment eventin a solid lattice 22 Figure Ⅱ- 12 Glow discharge 23 Figure Ⅱ- 13 A specific principle of sputtering system 24 Figure Ⅱ- 14 Interactions of ions with target surfaces 26 Figure Ⅱ- 15 Basic DC sputtering system 29 Figure Ⅱ- 16 Simplified RF sputtering system 32 Figure Ⅱ- 17 Simplified RF magnetron sputtering system 33 Figure Ⅱ- 18 Applied fields and electron motion in the planar magnetron 34 Figure Ⅱ- 19 Principle of the magnetron effect 34 Figure Ⅱ- 20 Schematic of a planar magnetron target 35 Figure Ⅱ- 21 Schematic of a Reactive magnetron system 36 Fig
URI
http://dspace.inha.ac.kr/handle/10505/22411
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College of Engineering(공과대학) > Materials Science & Engineering (신소재공학) > Theses(신소재공학 석박사 학위논문)
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