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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 윤여송
- 발행연도
- 2022
- 저작권
- 한국기술교육대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수16
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디스플레이 기술은 이전 기술의 단점을 보완해가면서 다양한 시각적 정보를 인간에게 전달하는 핵심적인 역할로 발전을 거듭해 왔다. 특히 투명 전극 기술 연구 증가의 영향으로, 투명전도성 산화물(TCO) 소재 개발이 증가하고 있다. 그 중에서 가장 보편적으로 사용되고 있는 인듐 주석 산화물(ITO) 박막은 고온 공정으로 인한 생산 효율성이 떨어지고, 희소금속인 인듐으로 인해서 비용이 많이들며, 떨어지는 기계적 유연성으로 인해서 플렉시블 디스플레이를 구현하기에 제약이 많다. 이러한 단점을 보완 하고자, 본 연구에서는 IGZO(Indium gallium zinc oxide) 박막을 연구하 였다. IGZO는 높은 전자 이동도를 바탕으로 우수한 전기적 특성을 가지 며, 80% 이상의 우수한 광 투과도로 우수한 광학적 특성을 갖고 저온 증착이 가능하여 생산성도 우수하다.
이번 연구에서는 In2O3/Ga2O3/ZnO (90/5/5 wt%)를 main target으로하여, PVD 공정 중 RF Magnetron sputtering 증착 기법을 사용하여, 기판온도에 따른 특성과 분위기 가스(H2, O2)에 따른 특성을 연구하였다. 증착 기판은 corning 7059 Glass를 사용하였다. 기판 온도는 상온부터 40 0℃까지 설정하였으며, 수소와 산소 유량은 각각 0.1~1sccm으로 설정하여증착을 진행하였다. depostion 과정에서 변수를 최대한 줄이고자, Sputtering Power는 70W로, Ar 분위기 가스는 40sccm으로 고정하였다.
증착한 IGZO 박막의 구조적 특성을 확인하기 위해서 XRD(X-Ray diffraction), SEM(Field Emission Scanning Electron Microscope) 장비를 활용하였고, 전기적 특성을 확인하기 위해 AFM(Atomic Force Microscope), Hall measurement, XPS(X-Ray Photo Electron Spectroscopy)를 활용하였고, 광학적 특성을 분석하기 위해서 UV/VIS Spectrometer를 사용하였다.
기판온도에 따른 IGZO 박막의 경우, 온도 상승에 따라서 Grain size가 점점 커지고 Grain boundary가 선명해지는 것을 알 수 있다. 또한, 표면거칠기가 점점 증가하였다. 산소 공공 영역이 온도에 따라 증가하면서, 비저항은 증가함을 알 수 있다. 온도에 따라 가시광선 영역에서 평균 85% 이상의 투과율을 나타냈다.
수소 유량이 증가할수록 상온과 300도에서 비저항과 캐리어 농도는 점점 증가했지만, grain size의 경향성이나 결정성은 확인할 수 없었다. 상온에 비해 300℃ 온도에서 산소 공공 영역이 크다는 결과를 통해, 300℃ 에서 더 높은 비저항을 갖게된 근거를 뒷받침할 수 있었다.
산소 유량이 증가할수록 상온과 300℃에서 비저항은 급격히 증가하였 고, 특히 300℃의 고온에서는 캐리어 농도와 이동도를 측정할 수 없을 만큼 전기적 특성이 떨어지는 것을 확인하였다. 산소 유량을 흘려줬을 때박막 내의 carrier 역할을 하는 산소를 직접 공급해줘서 산소 공공을 채우면서, 산소 가스를 흘려줬을 때에 산소 공공이 차지하는 영역이 적었다고판단하였다.
IGZO는 ITO와 비교했을 때, 이상적인 산소 공공 분포를 바탕으로 저온 에서도 우수한 전기전도성을 나타내며, 고온에서도 가시광선 영역에서 평균 90% 이상의 우수한 광 투과도 특성을 갖는 것을 알 수 있다.
이번 연구에서는 In2O3/Ga2O3/ZnO (90/5/5 wt%)를 main target으로하여, PVD 공정 중 RF Magnetron sputtering 증착 기법을 사용하여, 기판온도에 따른 특성과 분위기 가스(H2, O2)에 따른 특성을 연구하였다. 증착 기판은 corning 7059 Glass를 사용하였다. 기판 온도는 상온부터 40 0℃까지 설정하였으며, 수소와 산소 유량은 각각 0.1~1sccm으로 설정하여증착을 진행하였다. depostion 과정에서 변수를 최대한 줄이고자, Sputtering Power는 70W로, Ar 분위기 가스는 40sccm으로 고정하였다.
증착한 IGZO 박막의 구조적 특성을 확인하기 위해서 XRD(X-Ray diffraction), SEM(Field Emission Scanning Electron Microscope) 장비를 활용하였고, 전기적 특성을 확인하기 위해 AFM(Atomic Force Microscope), Hall measurement, XPS(X-Ray Photo Electron Spectroscopy)를 활용하였고, 광학적 특성을 분석하기 위해서 UV/VIS Spectrometer를 사용하였다.
기판온도에 따른 IGZO 박막의 경우, 온도 상승에 따라서 Grain size가 점점 커지고 Grain boundary가 선명해지는 것을 알 수 있다. 또한, 표면거칠기가 점점 증가하였다. 산소 공공 영역이 온도에 따라 증가하면서, 비저항은 증가함을 알 수 있다. 온도에 따라 가시광선 영역에서 평균 85% 이상의 투과율을 나타냈다.
수소 유량이 증가할수록 상온과 300도에서 비저항과 캐리어 농도는 점점 증가했지만, grain size의 경향성이나 결정성은 확인할 수 없었다. 상온에 비해 300℃ 온도에서 산소 공공 영역이 크다는 결과를 통해, 300℃ 에서 더 높은 비저항을 갖게된 근거를 뒷받침할 수 있었다.
산소 유량이 증가할수록 상온과 300℃에서 비저항은 급격히 증가하였 고, 특히 300℃의 고온에서는 캐리어 농도와 이동도를 측정할 수 없을 만큼 전기적 특성이 떨어지는 것을 확인하였다. 산소 유량을 흘려줬을 때박막 내의 carrier 역할을 하는 산소를 직접 공급해줘서 산소 공공을 채우면서, 산소 가스를 흘려줬을 때에 산소 공공이 차지하는 영역이 적었다고판단하였다.
IGZO는 ITO와 비교했을 때, 이상적인 산소 공공 분포를 바탕으로 저온 에서도 우수한 전기전도성을 나타내며, 고온에서도 가시광선 영역에서 평균 90% 이상의 우수한 광 투과도 특성을 갖는 것을 알 수 있다.
목차
We have looked into the effect of substrate temperature and different ambient gases on the properties of IGZO films for the TCO.To achieve this goal, IGZO films were deposited by one of the PVD deposition, RF magnetron sputtering. We deposited IGZO films at various temperature(RT~400℃) and RT and 300℃ with gas(H2, O2) flow rate. Experiments were conducted while setting up the hydrogen and oxygen gas flow rate from 0.1sccm to 1.0sccm for seeing how the hydrogen and oxygen gas impacts on the IGZO films deposited at Room temperature and 300℃ showed amorphous structure. The lowest resistivity value was 0.379× Ω·cm when the IGZO film was deposited at 300℃ and set up at 1sccm. As the oxygen vacancy rate increased, the resistivity intended to decrease. In conclusion, Oxygen vacancy affects the IGZO thin film’s electrical characteristic.
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