Reaction Gas 변화에 따라 스퍼터된 Ga Doped ZnO 박막의 특성
평판 디스플레이, 태양전지, 터치스크린과 같은 다양한 광전 소자들에 대한 관심과 연구가 확산됨에 따라 이에 적합한 디스플레이 구성 요소인 투명 전도성 박막 (transparent conducting oxide, TCO)의 제조기술 및 저가의 대체 재료의 개발이 요구된다.
[1]. 대표적인 투명 전도막으로 주석이 도핑된 인듐산화물 (induim tin oxide, ITO)이 주로 사용되고 있는데 ITO의 경우 광학적 특성과 전기적 특성이 우수하나 수소 플라즈마에 노출되면 환원에 의한 열화가 발생된다
[2]. 원료 물질인 In은 Zn나 Pb 생산의 부산물로 얻어져 공급량이 한정되어 있고, 수급량 부족에 의한 재료비 상승, 인듐의 독성, 저온 증착의 어려움, 수소 플라즈마 하에서의 열화와 인듐과 주석의 환원성 등의 문제점을 안고 있어 이를 대체하기 위한 TCO의 개발이 화두로 떠오르고 있다
[3]. 이러한 ITO 단점을 보완할 수 있는 새로운 재료로 SnO2나 ZnO:Ga (GZO)에 적절한 불순물을 첨가한 물질들에 대한 연구가 이루어지고 있다
[4].그 중에 특히 GZO는 적외선 및 가시광선 영역에서의 투과성과 전기전도성이 우수하며 수소 플라즈마에 대한 내구성이 좋고, 원료가격이 비교적 낮은 점 등으로 볼 때 ITO를 대체하기 위한 재료로 적당하다고 여겨지고 있다
[5]. ZnO에 B, Al, Ga, In과 같은 Ⅲ족 원소를 도핑 시 이온 반지름의 차이로 인하여 ZnO 결정 내에 위치해 있는 Zn 자리에 불순물 원자들이 치환을 하는 과정에서 전자를 하나 더 배출하게 된다. 따라서 박막의 전기 전도도가 향상되며 환경에 안정적인 외인성 ZnO 박막을 제작할 수 있다
[6-8]. ZnO 박막 제작은 molecular beam epitaxy, RF magnetron sputtering, chemical vapor deposition, Sol-gel 그리고 pulsed laser deposition 등 매우 다양한 방법으로 이루어지고 있다
[9-13]. 이 방법들 가운데 RF magnetron sputtering은 현재 반도체 공정에서 가장 많이 쓰이는 방법 중의 하나로 장치가 간단하며, 높은 증착률과 넓은 면적의 막을 얻을 수 있는 장점이 있다.
(출처) (주)테스 공정개발 1팀 김종욱, 청주대학교 전자공학과 김홍배