스퍼터링 기법을 이용한 인듐 몰리브데넘 옥사이드 박막의 광학적 및 전기적 특성연구 = Optical and electrical properties of Indium molybdenum oxide thin films by sputtering method

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 투명 전도성 산화막 (TCO; Transparent Conducting Oxide)의 일종인 인듐몰리브데넘옥사이드 (IMO; Indium Molybdenum Oxide) 박막의 구조적, 전기적, 광학적 특성을 분석해 기존의 TCO에서 널리 쓰이는 인듐틴옥사이드 (ITO; Indium Tin Oxide) 박막을 대체할 수 있을 지의 가능성을 조사하였다.
TCO의 경우 10-3 Ω㎝ 정도의 비저항 값과 가시광 영역에서 80 % 이상의 투과도를 보이는 우수한 광학적 특성을 갖는 물질이다. 이러한 특성들은 태양전지와 같은 광전자 소자 분야에서 가장 널리 사용되고 있다. 하지만 현재 TCO 물질 중에서 가장 많이 사용 되는 ITO의 경우 고온공정이 필요로 하는 데 고온공정에서는 다결정 구조와 기판의 열변형, 표면의 거칠기 등 고온공정으로 인한 문제들이 발생하고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 IMO 박막을 상온부터 200 ℃범위의 온도에서 증착하였으며, RF 마그네트론 스퍼터링 방법으로 In2O3 타겟과 Mo 타겟을 사용하여 200 두께로 성장하였다. 이 때, Mo의 함량은 In2O3 타겟의 경우 스퍼터링 파워를 100 W로 고정한 상태에서 Mo 타켓의 파워로 조절하였다. 챔버 내의 초기 압력 (Base pressure)은 2.5 x 10-6 Torr였고, 증착 압력 (Working pressure)의 경우 Ar 가스를 챔버 내에 주입시켜 7 x 10-3 Torr 정도로 유지시켰다. 제작된 IMO 박막은 XRD (X-ray diffraction)을 통하여 박막의 결정성을 조사하였고 (222), (400), (440), (622) 면에서 회절 피크를 보였다. SEM (Scanning Electron Microscopy)과 TEM (Transmission Electron Microscopy) 을 통하여 박막의 표면 및 성분을 조사하였다. 또한 UV-vis spectroscopy (Ultraviolet visible spectroscopy)를 사용하여 박막의 광학적 특성으로 가시광 영역에서의 투과도를 측정한 결과 대부분의 박막이 80 % 이상의 투과율을 보여주었고, Hall effect를 측정하여 박막의 전기적 특성에 대하여 조사한 결과 10-3 Ω㎝ 정도의 비저항을 보였다.
본 연구를 통해서 이루어진 IMO 박막의 제작은 광학적 및 전기적 특성이 다른 TCO 물질과 비슷한 수준을 보여 다양한 어플리케이션이나 디스플레이 시장에서 투명 전도성 박막으로서 새로운 TCO 물질로 사용될 가능성이 기대된다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 제 2 장 배 경 4
• 2.1 Transparent Conducting Oxide (TCO) 4
• 2.2 Indium molybdenum oxide (IMO) 6
• 2.2.1 구조적 특성 6
• 2.2.2 전기적, 광학적 특성 8
• 2.3 Sputtering 기법 12
• 2.3.1 Sputtering의 개념 12
• 2.3.2 플라즈마 15
• 제 3 장 실 험 18
• 3.1 박막의 증착 방법 18
• 3.2 박막의 측정 22
• 3.2.1 X-ray diffraction 측정 22
• 3.2.2 전자현미경 측정 26
• 3.2.3 UV-vis spectroscopy 측정 30
• 3.2.4 Hall effect 측정 35
• 제 4 장 실험 결과 및 분석 39
• 4.1 결정성 조사 결과 39
• 4.2 투과도 측정 결과 47
• 4.3 비저항 측정 결과 52
• 4.4 일함수 측정 결과 55
• 제 5 장 결 론 58
• 참고 문헌 60
• ABSTRACT 62