Nb₂O₅/SiO₂ 버퍼층위에 증착한 ITO 박막의 전기적 및 광학적 특성에 DC 파워가 미치는 영향

정양희,강성준,Joung, Yang-Hee,Kang, Seong-Jun 한국전자통신학회 2019 한국전자통신학회 논문지 Vol.14 No.2

본 연구에서는 DC 마그네트론 스퍼터링 법으로 ITO 박막을 $Nb_2O_5(8nm)/SiO_2(45nm)$ 버퍼층위에 증착하여, DC 파워(100~400 W) 변화에 따른 박막의 전기적 및 광학적 특성을 조사하였다. ITO 박막의 표면을 AFM으로 관찰한 결과, 모든 박막이 핀홀이나 크랙 같은 결함이 없는 표면을 가지며, DC 파워 200 W에서 증착한 박막이 1.431 nm의 가장 작은 표면 거칠기를 나타내었다. 전기적 및 광학적 특성 측정 결과, DC 파워 200 W에서 증착한 ITO 박막이 $3.03{\times}10^{-4}{\Omega}-cm$의 가장 낮은 비저항 값을 보였고 가시광 영역(400~800 nm) 에서의 평균 투과도와 파장 550 nm에서의 투과도는 각각 85.8% 와 87.1%로 조사되었고 색도(b*) 값도 2.13 으로 비교적 우수한 값을 나타내었다. ITO 박막의 면저항과 가시광 영역에서의 평균 투과도 및 파장 550 nm 에서의 투과도를 이용하여 구한 재료평가지수는 DC 파워 200 W일 때 각각 $2.50{\times}10^{-3}{\Omega}^{-1}$과 $2.90{\times}10^{-3}{\Omega}^{-1}$의 가장 우수한 값을 나타내었다. In this study, we deposited ITO thin films on buffer layer of $Nb_2O_5(8nm)/SiO_2(45nm)$ using DC magnetron sputtering method and investigated its electrical and optical properties with various DC powers(100~400 W). The surface of the ITO thin film was observed by AFM. All thin films had defected free surface such as pinholes and cracks. The thin film deposited at DC power of 200 W exhibited the smallest surface roughness of 1.431nm. As a result of electrical and optical measurements, the ITO thin film deposited at DC power of 200 W which showed the lowest resistivity of $3.03{\times}10^{-4}{\Omega}-cm$. The average transmittance in the visible light region(400 to 800 nm) and the transmittance at the wavelength of 550nm were found to be 85.8% and 87.1%, respectively. The chromaticity(b*) was also a relatively good value as 2.13. The figure of merit obtained from the sheet resistance of the ITO thin film, the average transmittance in the visible light region and the transmittance at the wavelength of 550nm were the best values of $2.50{\times}10^{-3}{\Omega}^{-1}$ and $2.90{\times}10^{-3}{\Omega}^{-1}$ at a DC power of 200W, respectively.

공정압력이 SiO₂ 버퍼층을 갖는 PES 기판위에 증착한 ITZO 박막의 전기적 및 광학적 특성에 미치는 영향

정양희,최병균,강성준,Joung, Yang-Hee,Choi, Byeong-Kyun,Kang, Seong-Jun 한국전자통신학회 2019 한국전자통신학회 논문지 Vol.14 No.5

본 연구에서는 플라스틱 기판 중에서 가장 내열성이 우수하다고 알려진 PES 기판위에 버퍼층으로 20nm두께로 $SiO_2$ 박막을 플라즈마 화학기상증착 법으로 증착한 후, ITZO 박막을 고주파 마그네트론 스퍼터링 법으로 증착하여 공정압력에 따른 ITZO 박막의 전기적 및 광학적 특성을 조사하였다. 공정압력 3 mTorr 에서 증착한 ITZO 박막이 $8.02{\times}10^{-4}{\Omega}-cm$의 비저항과 $50.13{\Omega}/sq.$의 면저항으로 가장 우수한 전기적 특성을 보였다. 모든 ITZO 박막의 가시광 영역(400-800 nm)에서 평균 투과도는 공정압력에 무관하게 80 %이상으로 나타났다. 재료평가지수는 3 mTorr에서 증착한 ITZO 박막에서 $23.90{\times}10^{-4}{\Omega}^{-1}$로 가장 큰 값을 나타내었다. 본 연구를 통해 ITZO 박막이 차세대 플렉시블 디스플레이 소자에서 ITO 박막을 대체할 매우 유망한 재료라는 것을 알 수 있었다. In this study, after 20nm-thick $SiO_2$ thin film was deposited by PECVD method on the PES substrate, which is known to have the highest heat resistance among plastic substrates, as a buffer layer, ITZO thin films were deposited by RF magnetron sputtering method to investigate the electrical and optical properties according to the working pressure. The ITZO thin film deposited at the working pressure of 3mTorr showed the best electrical properties with a resistivity of $8.02{\times}10^{-4}{\Omega}-cm$ and a sheet resistance of $50.13{\Omega}/sq.$. The average transmittance in the visible region (400-800nm) of all ITZO films was over 80% regardless of working pressure. The Figure of merit showed the largest value of $23.90{\times}10^{-4}{\Omega}^{-1}$ in the ITZO thin film deposited at 3mTorr. This study found that ITZO thin films are very promising materials to replace ITO thin films in next-generation flexible display devices.

RF 파워가 플렉시블 기판에 성장시킨 GZO 박막의 전기적 및 광학적 특성에 미치는 영향

정양희,강성준,Joung, Yang-Hee,Kang, Seong-Jun 한국정보통신학회 2014 한국정보통신학회논문지 Vol.18 No.10

The 5 wt.% Ga-doped zinc oxide (GZO) thin films were fabricated on PES substrates with various RF power 50~80 W by using RF magnetron sputtering in order to investigate the optical and electrical properties of GZO thin films. The XRD measurement showed that GZO thin films exhibit c-axis orientation. At a RF power of 70W, the GZO thin film showed the highest (002) diffraction peak with a Full-Width-Half-Maximum (FWHM) of $0.44^{\circ}$. AFM analysis showed that the lowest surface roughness (0.20 nm) was obtained for the GZO thin film fabricated at 70 W of RF power. The electrical property indicated that the minimum resistivity ($6.93{\times}10^{-4}{\Omega}{\cdot}cm$) and maximum carrier concentration ($7.04{\times}10^{20}cm^{-3}$) and hall mobility ($12.70cm^2/Vs$) were obtained in the GZO thin film fabricated at 70W of RF power. The optical transmittance in the visible region was higher than 80 %, regardless of RF power. The optical band-gap showed the slight blue-shift with increased in carrier concentration which can be explained by the Burstein-Moss effect. 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.

기판온도가 Nb₂O₅/SiO₂ 버퍼층위에 증착한 ITO 박막의 광학적 및 전기적 특성에 미치는 영향

정양희,강성준,Joung, Yang-Hee,Kang, Seong-Jun 한국정보통신학회 2016 한국정보통신학회논문지 Vol.20 No.5

본 연구에서는 $Nb_2O_5/SiO_2$ 두개의 버퍼층위에 기판온도 (상온~$400^{\circ}C$) 에 따른 ITO 박막을 DC 마그네트론 스퍼터링 법으로 증착하여 전기적 및 광학적 특성을 조사하였다. 기판온도가 상승함에 따라 그레인 크기 증가에 기인한 결정성 향상 때문에 비저항이 낮아지는 경향을 나타내었다. 기판온도 $400^{\circ}C$ 에서 증착한 ITO 박막이 $3.03{\times}10^{-4}{\Omega}{\cdot}cm$ 의 비저항과 $86.6{\Omega}/sq.$의 면저항으로 가장 우수한 값을 나타내었다. 광학적 특성을 측정한 결과, 기판온도가 상승함에 따라 가시광 영역 (400~800nm) 에서의 평균 투과도는 증가하였으며 색도 ($b^*$) 값은 감소하였다. $400^{\circ}C$에서 증착한 ITO 박막의 평균 투과도와 색도 ($b^*$) 는 85.8% 와 2.13 으로 버퍼층이 삽입되지 않은 ITO 박막의 82.8% 와 4.56 에 비해 상당히 향상된 결과를 나타내었다. 이를 통해 $Nb_2O_5/SiO_2$ 두개의 버퍼층을 도입한 ITO 박막은 인덱스 매칭 효과로 인해 투과도 및 색도 ($b^*$) 등의 광학적 특성이 현저히 향상되었음을 확인할 수 있었다. In this study, we prepared ITO thin films on $Nb_2O_5/SiO_2$ double buffer layer using DC magnetron sputtering method and investigated electrical and optical properties with various substrate temperatures (room temperature ~ $400^{\circ}C$). The resistivity showed a decreasing tendency, because crystallinity has been improved due to the enlarged grain size with increasing substrate temperature. ITO thin film deposited at $400^{\circ}C$ showed the most excellent value of resistivity and sheet resistance as $3.03{\times}10^{-4}{\Omega}{\cdot}cm$, $86.6{\Omega}/sq.$, respectively. In results of optical properties, average transmittance was increased but chromaticity ($b^*$) was decreased in visible light region (400~800nm) with increasing substrate temperature. Average transmittance and chromaticity ($b^*$) of ITO thin film deposited at $400^{\circ}C$ exhibited significantly improved results as 85.8% and 2.13 compared to 82.8% and 4.56 of the ITO thin film without buffer layer. Finally, we found that ITO thin film introduced $Nb_2O_5/SiO_2$ double buffer layer has a remarkably improved optical property such as transmittance and chromaticity due to the index matching effect.

PLZT(10/y/z) 박막에서 Zr/Ti 농도에 따른 피로와 리텐션 특성

정양희,강성준,Joung Yang-Hee,Kang Seong-Jun 한국정보통신학회 2005 한국정보통신학회논문지 Vol.9 No.3

Sol-gel 법을 이용하여 La를 $10mo1\%$로 고정시킨 PLZT(10/y/z) 박막을 제작하여 Zr/Ti 조성비에 따른 전기적 특성을 조사하였다. Zr/Ti 조성비에서 Ti 함유량이 증가함에 따라, 10kHz에서 비유전률은 550에서 400으로 감소된 반면, 유전손실은 0.028에서 0.053로 증가되었으며, 170kV/cm에서 누설전류밀도는 $1.64\times10^{-6}$에서 $1.26\times10^{-7}\;A/cm^2$으로 감소되었다. PLZT 박막의 이력곡선을 $\pm170kV/cm$에서 측정한 결과, Zr/Ti 조성비가 40/60에서 0/100로 변화함에 따라 PLZT 박막의 잔류분극과 항전계는 6.62에서 $12.86{\mu}C/cm^2$, 32.15에서 56.45kV/cm로 각각 증가되었다. $\pm5V$의 사각펄스를 $10^9$회 인가하여 피로특성을 측정한 결과, PLZT(10/40/60) 박막의 잔류분극은 초기분극 값으로부터 $50\%$ 감소된 반면, PLZT(10/0/100) 박막은 $28\%$ 감소되었다. 또, $10^5$초의 retention 측정 결과에서 PLZT(10/0/100) 박막은 초기분극 값에서 오직 $10\%$만이 감소된 반면, PLZT(10/40/60) 박막은 $40\%$ 감소되었다. The effects of Zr/Ti concentration ratio in PLZT (10/y/z) thin films prepared by sol-gel method are investigated for the NVFRAM application. As Ti amount of Zr/Ti concentration ratio increases, the dielectric constants at 10 kHz decrease from 550 to 400, while the loss tangents increase from 0.028 to 0.053 and the leakage current densities at 170 kV/cm decrease from $1.64\times10^{-6}$ to $1.26\times10^{-7}\;A/cm^2$. In the results of hysteresis loops measured at $\pm170kV/cm$, the remanent polarization and the coercive field increase from 6.62 to $12.86{\mu}C/cm^2$ and from 32.15 to 56.45 kV/cm, respectively, according to the change from 40/60 to 0/100 in Zr/Ti concentration ratio. Fatigue and retention properties also improve much as the Zr/Ti concentration ratio change from 40/60 to 0/100. After applying $10^9$ square pulses with $\pm5V$, the remanent polarization of the PLZT (10/40/60) thin film decreases $50\%$ from the initial state while that of the PLZT (10/0/100) thin film decreases $28\%$. In the results of retention measurements of 10s s, the remanent polarization of the PLZT (10/0/100) thin film dec.eases only $10\%$ from the initial state, while that of the PLZT (10/40/60) thin film decreases $40\%$.

기판온도가 ZnO 박막의 특성에 미치는 영향

정양희,권오경,강성준,Joung, Yang-Hee,Kwon, Oh-Kyung,Kang, Seong-Jun 한국정보통신학회 2006 한국정보통신학회논문지 Vol.10 No.12

ZnO 박막을 RF sputtering 법을 이용하여 제작한 후, 기판 온도에 따른 결정성, 표면 형상, c 축 배향성, 박막의 밀도 등을 조사하여 압전 소자로의 적용 가능성을 조사하였다. 본 연구에서는 $Ar/O_2$ 혼합비 70/30, sputtering 파워 125 W, 공정 압력 8 mTorr, 기판 타겟간 거리 70 mm로 공정 변수를 고정시키고, 기판 온도를 상온에서 $400^{\circ}C$까지 변경하면서 ZnO 박막을 증착하였다. 기판온도가 $300^{\circ}C$ 일 때, (002) 피크의 상대 강도비 (I(002)/I(100))가 94%로 가장 크게 나타났으며, 이 때의 반가폭은 $0.571^{\circ}$ 이었다. SEM과 AFM을 통한 표면 형상은 $300^{\circ}C$ 일 때 균일한 입자형태를 띄면서 4.08 nm의 가장 우수한 표면 거칠기를 나타내었다. ZnO 박막의 밀도는 기판 온도가 상온에서부터 $300^{\circ}C$ 까지 상승함에 따라 증가하는 추세를 나타내었으며, 이 후 기판 온도가 $400^{\circ}C$로 증가하면 다시 감소하는 경향을 나타내었다. We fabricated ZnO thin film successfully by using RF magnetron sputtering and investigated its potential for being utilized as the key material of piezoelectric device with the characterization of ZnO thin film such as such as crystallinity, surface morphology, c-axis orientation, film density. In thin study, $Ar/O_2$ gas ratio is fixed 70/30, RF power 125W, working pressure 8mTorr, distance between substrate and target 70mm, but the substrate temperature is varied from room temperature to $400^{\circ}C$. The relative intensity ($I_{(002)}/I_{(100)}$) or (002) peak in ZnO thin film deposited at $300^{\circ}$ was exhibited as 94%, then its FWHM was $0.571^{\circ}C$. Also, from the surface morphology evaluated by SEM and AFM, the film deposited at $300^{\circ}C$ showed uniform particle shape and excellent surface roughness of 4.08 m. The tendency of ZnO thin film density was exhibited to be denser with increasing substrate temperature but slightly decreased at near $400^{\circ}C$.

Effects of Working Pressure on Structural and Optical Properties of HfO₂ Thin Films

정양희,강성준,Joung, Yang-Hee,Kang, Seong-Jun Korea Institute of Electronic Communication Scienc 2017 한국전자통신학회 논문지 Vol.12 No.6

$HfO_2$ 박막은 공정압력을 조정함으로써 박막의 질을 향상시켜 그 구조적 특성을 개선시킬 수 있다. 본 연구에서는 RF 마그네트론 스퍼터링 방법을 이용하여 유리 기판 위에 $HfO_2$ 박막을 증착하였으며, 이때의 기저 진공 압력은 $4.5{\times}10^{-6}Pa$ 이하였으며 RF 파워는 100 W, 기판의 온도는 $300^{\circ}C$ 이었다. 해당 박막 증착 공정의 공정 압력은 1 mTorr 에서 15 mTorr 로 변화되었다. 그 후, 해당 박막의 구조적 및 광학적 특성들을 조사하였다. 특히, 1 mTorr 의 공정 압력으로 증착된 $HfO_2$ 박막이 다른 박막들과 비교하여 가장 우수한 특성을 가진 것으로 나타났으며, 이때의 결정립의 크기는 10.27 nm, 표면 거칠기는 1.173 nm, 550 nm 파장에서의 굴절률은 2.0937, 그리고 550 nm 파장에서의 투과율은 84.85 % 의 우수한 특성을 나타내었다. 이러한 결과들을 통해 1 mTorr 의 공정 압력으로 증착된 $HfO_2$ 박막은 투명 전자 소자에 적용하기에 적합함을 알 수 있다. The structural properties of $HfO_2$ films could be improved by calibrating the working pressure owing to the enhanced quality of a thin film. We deposited $HfO_2$ films on glass substrates by radio frequency (RF) magnetron sputtering under a base vacuum pressure lower than $4.5{\times}10^{-6}Pa$, RF power of 100 W, substrate temperature of $300^{\circ}C$. The working pressures were varied from 1 mTorr to 15 mTorr. Subsequently, their structural and optical properties were investigated. In particular, the $HfO_2$ film deposited at 1 mTorr had superior properties than the others, with a crystallite size of 10.27 nm, surface roughness of 1.173 nm, refractive index of 2.0937 at 550 nm, and 84.85 % transmittance at 550 nm. These results indicate that the $HfO_2$ film deposited at 1 mTorr is suitable for application in transparent electric devices.

폴리사이드 형성 조건에 따른 WSi<SUB>x</SUB> 박막 특성에 관한 연구

鄭陽喜(Yang-Hee Joung),姜聲俊(Seong-Jun Kang),金京元(Kyoung-Won Kim) 대한전기학회 2003 전기학회논문지C Vol.52 No.9

DCS Post Flow 가 WSi<SUB>x</SUB> 박막 특성에 미치는 영향

鄭陽喜(Yang-Hee Joung),姜聲俊(Seong-Jun Kang),姜喜淳(Hee-Soon Kang) 대한전기학회 2003 전기학회논문지C Vol.52 No.4

공정압력이 SiO2 버퍼층을 갖는 PES 기판위에 증착한 ITZO 박막의 전기적 및 광학적 특성에 미치는 영향

정양희(Yang-Hee Joung),최병균(Byeong-Kyun Choi),강성준(Seong-Jun Kang) 한국전자통신학회 2019 한국전자통신학회 논문지 Vol.14 No.5

본 연구에서는 플라스틱 기판 중에서 가장 내열성이 우수하다고 알려진 PES 기판위에 버퍼층으로 20nm두께로 SiO2 박막을 플라즈마 화학기상증착 법으로 증착한 후, ITZO 박막을 고주파 마그네트론 스퍼터링 법으로 증착하여 공정압력에 따른 ITZO 박막의 전기적 및 광학적 특성을 조사하였다. 공정압력 3 mTorr 에서 증착한 ITZO 박막이 8.02 × 10-4 Ω-cm의 비저항과 50.13 Ω/sq.의 면저항으로 가장 우수한 전기적 특성을 보였다. 모든 ITZO 박막의 가시광 영역(400-800 nm)에서 평균 투과도는 공정압력에 무관하게 80 %이상으로 나타났다. 재료평가지수는 3 mTorr에서 증착한 ITZO 박막에서 23.90×10-4 Ω-1로 가장 큰 값을 나타내었다. 본 연구를 통해 ITZO 박막이 차세대 플렉시블 디스플레이 소자에서 ITO 박막을 대체할 매우 유망한 재료라는 것을 알 수 있었다. In this study, after 20nm-thick SiO2 thin film was deposited by PECVD method on the PES substrate, which is known to have the highest heat resistance among plastic substrates, as a buffer layer, ITZO thin films were deposited by RF magnetron sputtering method to investigate the electrical and optical properties according to the working pressure. The ITZO thin film deposited at the working pressure of 3mTorr showed the best electrical properties with a resistivity of 8.02×10-4Ω-cm and a sheet resistance of 50.13Ω/sq.. The average transmittance in the visible region (400-800nm) of all ITZO films was over 80% regardless of working pressure. The Figure of merit showed the largest value of 23.90×10-4Ω-1 in the ITZO thin film deposited at 3mTorr. This study found that ITZO thin films are very promising materials to replace TO thin films in next-generation flexible display devices.