KR100819121B1 - Method for formation of cadmium sulfide thin film and cadmium sulfide diode by chemical bath deposition - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 형성한 Cd(Cu)S/CdS 박막 다이오드의 대락적인 단면도이다. 1 is a schematic cross-sectional view of a Cd (Cu) S / CdS thin film diode formed according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 Cd(Cu)S 박막 또는 CdS 박막을 형성하는 반응조의 대락적인 단면도이다. 2 is a schematic cross-sectional view of a reactor for forming a Cd (Cu) S thin film or a CdS thin film according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>Description of the main parts of the drawing
11, 33: 기판 12: 하부전극11, 33: substrate 12: lower electrode
13: Cd(Cu)S 박막 14: CdS 박막13: Cd (Cu) S thin film 14: CdS thin film
15: 상부전극 20: 반응조15: upper electrode 20: reactor
21: 항온조 22: 반응용기21: thermostat 22: reaction vessel
25: 지그 27: 마그네틱 교반기25: Jig 27: Magnetic Stirrer
31: 반응용액31: reaction solution
본 발명은 황화카드뮴 박막의 형성방법 및 Cd(Cu)S/CdS 박막 다이오드의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for forming a cadmium sulfide thin film and a method for manufacturing a Cd (Cu) S / CdS thin film diode.
CdS 는 Ⅱ-Ⅵ 족 화합물 반도체로서 태양전지, 발광 다이오드 등의 광학전자 분야에서 연구되고 있는 물질이다. CdS 는 일반적으로 n 도전형의 반도체 성질을 지니고 있고, p 도전형의 반도체 박막으로 제작하기가 매우 어려웠다. 그러나 B. Ullrich 등에 의해 진공 레이저 증착법을 이용하여 구리(Cu)가 도핑된 p 도전형의 CdS계 박막을 제조할 수 있는 것이 알려졌다(Materials Science and Engineering B35 (1995) 117-159). 이후 헤테로접합(hetero-junction)이 아닌 호모접합(homo-junction)에 의한 황화카드뮴계 다이오드의 개발이 이루어졌다. T. Abe 등은 진공 증착법으로 제조한 Cd(Cu)S/CdS 발광 다이오드를 개발하였다(phys. stat. sol. (b) 229, No.2, 1015.1018 (2002)). 이와 같이 종래의 황화카드뮴계 다이오드는 진공 공정을 이용하여 제작되는 것이 일반적이었다. CdS is a II-VI compound semiconductor and is a material being studied in the field of optical electronics such as solar cells and light emitting diodes. CdS generally has n-conducting semiconductor properties and it is very difficult to fabricate p-conducting semiconductor thin films. However, it has been known by B. Ullrich et al that a p-conductive CdS thin film doped with copper (Cu) can be manufactured by vacuum laser deposition (Materials Science and Engineering B35 (1995) 117-159). Since the development of cadmium sulfide-based diodes by the homo-junction (homo-junction) rather than hetero-junction was made. T. Abe et al. Developed a Cd (Cu) S / CdS light emitting diode manufactured by vacuum deposition (phys.stat. Sol. (B) 229, No. 2, 1015.1018 (2002)). As described above, conventional cadmium sulfide diodes are generally manufactured using a vacuum process.
한편 황화카드뮴 박막은 화합물 태양전지에 널리 사용되는 소재이다. 최근에 스퍼터링 등의 진공 증착법으로 황화카드뮴 박막을 증착할 때 기저 박막에 미세한 균열을 야기하여 태양전지의 물성을 열화시키는 것이 알려지면서 화학조 침착법 (chemical bath deposition)으로 황화카드뮴 박막을 성막하는 방법이 개발되어 왔다. Meanwhile, cadmium sulfide thin films are widely used in compound solar cells. Recently, when a cadmium sulfide thin film is deposited by vacuum deposition such as sputtering, it is known to cause fine cracks in the underlying thin film to deteriorate the properties of the solar cell. Thus, a method of forming a cadmium sulfide thin film by chemical bath deposition is known. Has been developed.
화학조 침착법은 용액 내에서 일어나는 화학반응을 이용하는 박막 제조 방법으로서, 제조 공정이 간단하고 낮은 온도에서 넓은 면적의 박막을 빠르고 값싸게 제조할 수 있는 점에서 주목받고 있다. 또한, 박막의 화학적 양론 비(stoichiometry)가 Cd:S = 1:1 로서 정확하고 막질이 치밀하며 균질하다는 장점이 있다. 그러나 화학조 침착법은 수십 나노미터 대의 얇은 황화카드뮴 박막을 올리는데 주로 사용되고 있으며, 화학조 침착법을 이용하여 수백 나노미터 이상의 두꺼운 박막을 올리는 것은 매우 어렵다. Chemical bath deposition method is a thin film manufacturing method using a chemical reaction that takes place in a solution, attracting attention because the manufacturing process is simple and can produce a large area thin film quickly and inexpensively at low temperature. In addition, the stoichiometry of the thin film is Cd: S = 1: 1, which has the advantage that the film quality is dense and homogeneous. However, the chemical bath deposition method is mainly used to raise thin cadmium sulfide thin films of several tens of nanometers, and it is very difficult to raise a thick film of several hundred nanometers or more by using the chemical bath deposition method.
화학조 침착법에서는 일반적으로 금속이온의 잘 녹는 염인 금속염과 칼코지나이드(chalcogenide) 소스(황 소스)와 착화합물 매체를 물에 녹여 반응시킨다. 금속염은 보통 염화물, 질산화물, 황산화물, 아세테이트 염 등 물에 잘 녹는 염을 선택한다. 칼코지나이드 소스는 티오우레아 등을 사용하고 물은 산소를 제공한다. 리간드를 제공하는 착화합물 매체는 암모니아(NH3), 트리에탄올아민(N(C2H4OH)3), 사이트레이트(C3H5O(COO)3 3-), 타트레이트 ((CHOH)2(COO)2-) 등을 사용한다. In chemical bath deposition, metal salts, chalcogenide sources (sulfur sources) and complex media, which are generally soluble salts of metal ions, are reacted by dissolving in water. Metal salts usually select salts that are soluble in water, such as chlorides, nitrates, sulfur oxides and acetate salts. Chalcogenide sources use thiourea and the like, and water provides oxygen. The complex medium providing the ligand is ammonia (NH 3 ), triethanolamine (N (C 2 H 4 OH) 3 ), citrate (C 3 H 5 O (COO) 3 3- ), tartrate ((CHOH) 2 (COO) 2- ) and the like.
황화카드뮴의 화학적 침착법에서는 다음과 같은 순서로 반응이 일어난다. In the chemical vapor deposition of cadmium sulfide, the reaction takes place in the following order.
1) 착화합물 매체와 물과의 평형1) Equilibrium of Complex Media with Water
2) 금속이온과 착화합물 매체와의 금속 착화합물 형성과 분리2) Formation and separation of metal complexes between metal ions and complex media
3) 황 소스의 가수분해3) Hydrolysis of Sulfur Sources
4) 고상 막의 형성4) Formation of Solid Membrane
위 단계 중 세번째의 황 소스의 가수분해 단계는 수산화 이온(OH-)의 농도가 높을수록 즉 pH가 높을수록 잘 일어난다. 그러므로 일반적으로 pH 를 높일 수 있는 착화합물 매체인 암모니아의 농도를 높여 반응을 진행시킨다. 그러나 한편, OH- 이온이 과잉일 때는 기판 표면에서 표면 착화합물이 발생하고, 다시 표면 착화합물이 CdS 와 리간드 이온으로 분해되는 과정을 거쳐 CdS 필름으로 재생성된다. 그러나 이 과정은 매우 느려서 필름의 두께를 낮추는 원인이 된다. The hydrolysis step of the third sulfur source of the above step is more likely to occur at higher concentrations of hydroxide ions (OH − ), that is, at higher pH. Therefore, generally, the reaction proceeds by increasing the concentration of ammonia, which is a complex medium that can raise the pH. On the other hand, when the OH − ions are excessive, surface complexes are generated on the surface of the substrate, and the surface complexes are regenerated into CdS films through decomposition of CdS and ligand ions. However, this process is very slow, causing the film to be thinner.
이와 같은 이유로 황화카드뮴의 박막을 화학조 침착법 또는 화학적 습식법으로 두껍게 형성하는 것은 매우 어렵다. 따라서 지금까지는 화학조 침착법을 이용하여 p 도전형 및 n 도전형의 황화카드뮴계 박막을 제작하고 호모접합을 형성하여 황화카드뮴계 다이오드를 제작하는 방법은 알려져 있지 않다. For this reason, it is very difficult to form a thin film of cadmium sulfide thickly by chemical bath deposition or chemical wet method. Therefore, until now, a method of fabricating p-conductive and n-conductive cadmium sulfide thin films using chemical bath deposition and forming a homojunction is not known.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 화학적 습식방법으로 구리가 도핑된 p 도전형의 Cd(Cu)S 박막을 80 nm 이상으로 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a method for producing a copper-doped p-conductive Cd (Cu) S thin film of 80 nm or more by a chemical wet method.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 화학적 습식방법으로 n 도전형의 CdS 박막을 200 nm 이상으로 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다. Another technical problem to be achieved by the present invention is to provide a method for producing an n-conductive CdS thin film of 200 nm or more by a chemical wet method.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 화학적 습식방법으로 Cd(Cu)S/CdS 의 호모접합 다이오드를 제조 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a homojunction diode of Cd (Cu) S / CdS by a chemical wet method.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 화학조 침착법에 의한 Cd(Cu)S 박막을 형성하는 방법은 기판을 적어도 하나 이상의 Cd 염, 적어도 하나 이상의 Cu 염, 적어도 하나 이상의 황 공급원, 암모니아, 염화암모늄 및 트리에틸아민(TEA: triethylamine)을 포함하는 수용액에 담그는 것을 포함한다. In order to achieve the above technical problem, a method of forming a Cd (Cu) S thin film by chemical vapor deposition according to an embodiment of the present invention includes forming at least one Cd salt, at least one Cu salt, and at least one sulfur. Dipping in an aqueous solution comprising a source, ammonia, ammonium chloride, and triethylamine (TEA).
상기 Cd 염은 염화카드뮴(CdCl2), 황산카드뮴(CdSO4) 또는 카드뮴 아세테이트(Cd(CH3COO)2)을 포함할 수 있다. 상기 Cu 염은 황산구리(CuSO4)을 포함할 수 있다. 상기 황 공급원은 티오우레아(SC(NH2)2)를 포함할 수 있다. The Cd salt may include cadmium chloride (CdCl 2 ), cadmium sulfate (CdSO 4 ) or cadmium acetate (Cd (CH 3 COO) 2 ). The Cu salt may comprise copper sulfate (CuSO 4 ). The sulfur source may comprise thiourea (SC (NH 2 ) 2 ).
여기서 상기 염화암모늄의 농도는 10-3 ~ 10-2 M 인 것이 바람직하고, 상기 트리에틸아민의 농도는 10-4 ~ 5×10-3 M 인 것이 바람직하다. Wherein the concentration of ammonium chloride is 10 −3 It is preferable that it is -10-2 M, and the concentration of the triethylamine is 10-4 It is preferable that it is-5x10 <-3> M.
상기 수용액의 온도를 약 20 ~ 60 분간 45~65 ℃ 로 가열하는 것이 바람직하다. It is preferable to heat the temperature of the said aqueous solution to 45-65 degreeC for about 20 to 60 minutes.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 화학조 침착법에 의한 CdS 박막을 형성하는 방법은 기판을 적어도 하나 이상의 Cd 염, 적어도 하나 이상의 황 공급원, 암모니아, 염화암모늄 및 트리에틸아민을 포함하는 수용액에 기판을 담그는 것을 포함한다. In another aspect, a method of forming a CdS thin film by chemical bath deposition according to an embodiment of the present invention is to provide a substrate with at least one Cd salt, at least one sulfur source, ammonia, ammonium chloride and triethyl Immersing the substrate in an aqueous solution comprising an amine.
상기 Cd 염은 염화카드뮴(CdCl2), 황산카드뮴(CdSO4) 또는 카드뮴 아세테이트(Cd(CH3COO)2)를 포함할 수 있다. 상기 황 공급원은 티오우레아(SC(NH2)2)를 포함할 수 있다. The Cd salt may include cadmium chloride (CdCl 2 ), cadmium sulfate (CdSO 4 ) or cadmium acetate (Cd (CH 3 COO) 2 ). The sulfur source may comprise thiourea (SC (NH 2 ) 2 ).
상기 염화암모늄의 농도는 10-3 ~ 10-2 M 인 것이 바람직하고, 상기 트리에틸아민의 농도는 10-4 ~ 5×10-3 M 인 것이 바람직하다. The concentration of ammonium chloride is 10 -3 It is preferable that it is -10 -2 M, and the concentration of the triethylamine is 10 -4 It is preferable that it is-5x10 <-3> M.
상기 CdS 박막을 형성하는 단계에서 상기 수용액을 약 20 ~ 60 분간 55~75 ℃ 로 가열하는 것이 바람직하다. In the forming of the CdS thin film, the aqueous solution is preferably heated to 55 to 75 ° C. for about 20 to 60 minutes.
상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 Cd(Cu)S/ CdS 다이오드 제조방법은 기판에 하부전극을 형성하는 단계; 상기 하부전극이 형성된 상기 기판을 반응조에서 적어도 하나 이상의 Cd 염, 황산구리(CuSO4), 티오우레아(SC(NH2)2), 암모니아(NH3), 염화암모늄(NH4Cl) 및 트리에틸아민(TEA: triethylamine)을 포함하는 수용액에 담그어 상기 하부전극 위에 p 도전형의 Cd(Cu)S 박막을 형성하는 단계; 상기 Cd(Cu)S 박막이 형성된 상기 기판을 반응조에서 적어도 하나 이상의 Cd 염, 티오우레아, 암모니아, 염화암모늄 및 트리에틸아민을 포함하는 수용액에 담그어 상기 Cd(Cu)S 박막 위에 n 형 도전셩의 CdS 박막을 형성하는 단계; 및 상기 CdS 박막 위에 상부전극을 형성하는 단계를 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a Cd (Cu) S / CdS diode, the method including: forming a lower electrode on a substrate; At least one Cd salt, copper sulfate (CuSO 4 ), thiourea (SC (NH 2 ) 2 ), ammonia (NH 3 ), ammonium chloride (NH 4 Cl) and triethylamine were added to the substrate on which the lower electrode was formed. Immersing in an aqueous solution containing (TEA: triethylamine) to form a p-conductive Cd (Cu) S thin film on the lower electrode; The substrate on which the Cd (Cu) S thin film is formed is immersed in an aqueous solution containing at least one Cd salt, thiourea, ammonia, ammonium chloride, and triethylamine in a reaction tank to form an n-type conductive film on Forming a CdS thin film; And forming an upper electrode on the CdS thin film.
상기 하부전극의 물질은 ITO 또는 SnO2(F)을 포함할 수 있다. The material of the lower electrode may include ITO or SnO 2 (F).
상기 하부전극을 형성한 후 상기 기판을 세정하는 단계를 더 포함할 수 있다. The method may further include cleaning the substrate after forming the lower electrode.
상기 Cd(Cu)S 박막을 형성하는 단계에서 상기 수용액을 약 20~60 분간 45~65 ℃ 로 가열하는 것이 바람직하다. In the forming of the Cd (Cu) S thin film, it is preferable to heat the aqueous solution to 45 to 65 ° C. for about 20 to 60 minutes.
상기 Cd(Cu)S 박막의 형성 후 상기 Cd(Cu)S 박막의 표면을 세정하는 단계를 더 포함할 수 있다. The method may further include cleaning a surface of the Cd (Cu) S thin film after formation of the Cd (Cu) S thin film.
상기 CdS 박막을 형성하는 단계에서 상기 수용액을 약 20~60 분간 55~75 ℃ 로 가열하는 것이 바람직하다. In the forming of the CdS thin film, it is preferable to heat the aqueous solution to 55 to 75 ℃ for about 20 to 60 minutes.
상기 CdS 박막의 형성 후 상기 CdS 박막의 표면을 세정하는 단계를 더 포함할 수 있다. After the formation of the CdS thin film may further comprise the step of cleaning the surface of the CdS thin film.
상기 Cd(Cu)S 박막의 형성 후 상기 CdS 박막의 형성 전 절연체 박막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 절연체 박막은 열산화막으로 형성할 수 있다. 또는 상기 절연체 박막은 실리콘 산화막(SiO2) 또는 티타늄 산화막(TiO2) The method may further include forming an insulator thin film after forming the Cd (Cu) S thin film and before forming the CdS thin film. The insulator thin film may be formed of a thermal oxide film. Alternatively, the insulator thin film may be formed of silicon oxide (SiO 2 ) or titanium oxide (TiO 2 ).
또는 알루미늄 산화막(Al2O3)으로 형성할 수 있다. Alternatively, it may be formed of an aluminum oxide film (Al 2 O 3 ).
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이하의 설명에서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 상부에 존재한다고 기술될 때, 이는 다른 구성 요소의 바로 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 제3의 구성 요소가 개재될 수도 있다. 또한, 도면에서 각 구성 요소의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 생략되거나 과장되었고, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 한편, 사용되는 용어들은 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention; In the following description, when a component is described as being on top of another component, it may be directly on top of another component, and a third component may be interposed therebetween. In addition, in the drawings, the thickness or size of each component is omitted or exaggerated for convenience and clarity of description, and the same reference numerals in the drawings refer to the same element. On the other hand, the terms used are used only for the purpose of illustrating the present invention and are not used to limit the scope of the invention described in the meaning or claims.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 형성한 Cd(Cu)S/CdS 박막 다이오드의 대락적인 단면도이다. 도 1을 참조하면, 기판(11) 위에 하부전극(12), p 도전형의 Cd(Cu)S 박막(13), n 도전형의 CdS 박막(14) 및 상부전극(15)이 순차적으로 적층되어 있다. 여기서 기판 물질은 쿼츠, 유리 또는 폴리머 필름 등을 포함할 수 있다. 하부전극(12)은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 SnO2(F)과 같은 투명한 전극을 사용할 수 있다. 하부전극(12) 위의 Cd(Cu)S 박막(13)은 Cu가 함유되어 p 도전형을 가지며, CdS 박막(14)은 도핑되지 않은 상태이며 n 도전형을 갖는다. 상부 전극으로는 구리, 알루미늄, 텅스텐 등과 같은 금속 물질을 사용할 수 있다. 본 실시예의 다이오드는 발광 다이오드로 사용될 수 있으나, 본 발명이 발광 다이오드에 한정되는 것은 아니다. 1 is a schematic cross-sectional view of a Cd (Cu) S / CdS thin film diode formed according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 Cd(Cu)S 박막 또는 CdS 박막을 형성하는 반응조(20)의 대락적인 단면도이다. 도 2를 참조하면, 반응조(20)는 항온조(21) 내의 반응용기(22) 안에 박막형성을 위한 반응용액(31)을 담고 있다. 박막이 형성될 기판(33)이 지그(25)에 고정되어 반응용액(31)에 완전히 잠긴다. 박막 형성 중에 반응용액(31)을 균일하게 섞기 위하여 마그네틱 교반기(27)가 사용될 수 있다. 2 is a schematic cross-sectional view of a
CdS 박막을 형성하는 방법How to Form a CdS Thin Film
본 발명의 일 실시예에 따라 화학조 침착법에 의하여 CdS 박막을 형성하는 방법을 설명한다. A method of forming a CdS thin film by chemical bath deposition according to an embodiment of the present invention will be described.
반응조에서 염화카드뮴(CdCl2) 또는 황산카드뮴(CdSO4) 0. 003 ~ 0. 03 M, 티오우레아(SC(NH2)2) 0. 01 ~ 0. 3 M, 암모니아(NH3) 1. 0 ~ 1. 6 M, 염화암모늄(NH4Cl) 0. 001 ~ 0. 01 M 및 트리에틸아민(TEA: triethylamine) 0. 0001 ~ 0. 005 M 이 포함된 수용액에 기판을 완전히 담근다. 그리고 반응조를 55 ~ 75℃로 약 20 ~ 60 분간 가열한 다음 냉각한다. 그 후 CdS 박막이 형성된 기판을 세정하 여 박막 표면에 붙은 거친 입자를 제거한다. Cadmium chloride (CdCl 2 ) or cadmium sulfate (CdSO 4 ) 0 .003 to 0.03 M, thiourea (SC (NH 2 ) 2 ) 0 .01 to 0.3 M, ammonia (NH 3 ) 1. Submerge the substrate completely in an aqueous solution containing 0-1. 6 M, ammonium chloride (NH 4 Cl) 0.001-0.01 M and triethylamine (TEA: 0.01) -0.005 M. The reactor is then heated to 55-75 ° C. for about 20-60 minutes and then cooled. Thereafter, the substrate on which the CdS thin film is formed is cleaned to remove coarse particles on the surface of the thin film.
여기서 염화카드뮴 또는 황산카드뮴은 카드뮴을 공급하는 소스이고, 티오우레아는 황을 공급하는 소스이다. 암모니아는 카드뮴 이온(Cd2+)과 착화합물을 형성함으로써 카드뮴이 Cd(OH)2 를 형성하여 침전하는 것을 방지할 수 있다. 그런데 암모니아의 농도가 너무 높아지면 pH 가 증가하여 기판 표면에서의 착화합물 형성 반응을 촉진시키고 용액 내에서의 콜로이드 생성 반응을 촉진시켜서 기판 표면에서 박막 형성을 느리게 하여 CdS 박막을 얇게 하는 원인이 된다. Where cadmium chloride or cadmium sulfate is the source of cadmium and thiourea is the source of sulfur. Ammonia can prevent cadmium from forming and forming Cd (OH) 2 by forming a complex with cadmium ions (Cd 2+ ). However, if the concentration of ammonia is too high, the pH is increased to accelerate the complex formation reaction on the surface of the substrate and to promote the colloid formation reaction in the solution, thereby slowing the formation of the thin film on the surface of the substrate, causing a thin CdS thin film.
CdS 박막은 전술한 바와 같이 종래의 화학조 침착법으로 두껍게 올리기가 어렵다. 본 발명에서는 부가적으로 염화암모늄 및 트리에틸아민을 사용하여 더욱 균일하고 두꺼운 박막을 얻을 수 있었다. 상기 실시예의 용액 조성에서 0. 001 ~ 0. 01 M 의 염화암모늄을 첨가하였을 때 두께 200 nm 이상의 CdS 박막이 형성되었다. 그러나 염화암모늄을 단독으로 0. 01 M 이상 첨가했을 때에는 CdS 박막이 오히려 얇아지기 시작하였으며, 과량으로 첨가한 경우에는 CdS 박막이 형성되지 않는다. 트리에틸아민은 단독으로 첨가한 경우에는 박막의 두께가 약간 얇아지는 경향이 있었으나 염화암모늄과 함께 0. 0001 ~ 0. 005 M 첨가한 경우에는 두께 200 nm 이상의 황화카드뮴 박막이 균일하게 침착되었다. As described above, CdS thin films are difficult to thicken by conventional chemical bath deposition. In the present invention, ammonium chloride and triethylamine were additionally used to obtain a more uniform and thick thin film. In the solution composition of the above example, when 0.11 to 0.01 M ammonium chloride was added, a CdS thin film having a thickness of 200 nm or more was formed. However, when more than 0.01 M of ammonium chloride alone was added, the CdS thin film began to become thinner, and when added in excess, the CdS thin film was not formed. When triethylamine was added alone, the thickness of the thin film tended to be slightly thin, but when 0.000 to 0.005 M was added with ammonium chloride, a cadmium sulfide thin film having a thickness of 200 nm or more was uniformly deposited.
이런 효과의 원인으로 다음과 같이 생각할 수 있다. 즉, 염화암모늄은 암모니아와 마찬가지로 카드뮴과 착화합물을 형성할 리간드를 제공하는 한편, pH 를 조절하는 완충제로서 작용할 수 있다. 또한 트리에틸아민도 수용액에서 카드뮴과 착 화합물을 형성함으로써 CdS 박막 형성과 경쟁하는 Cd(OH)2 의 고상화 속도를 낮추고 Cd(OH)2 의 큰 입자가 형성되는 것을 억제할 수 있다. 따라서 콜로이드 입자가 급격히 생성되고 이 입자가 기판에 붙는 메커니즘을 억제함으로써 박막을 균일하게 형성할 수 있도록 한다고 여겨진다. The cause of this effect can be thought of as follows. That is, ammonium chloride, like ammonia, can serve as a buffer to control pH while providing a ligand to form a complex with cadmium. In addition, triethylamine can also form a complex compound with cadmium in an aqueous solution to lower the solidification rate of Cd (OH) 2 , which competes with CdS thin film formation, and to suppress formation of large particles of Cd (OH) 2 . Therefore, it is believed that colloidal particles are rapidly formed and the thin film can be uniformly formed by suppressing the mechanism by which the particles adhere to the substrate.
화학조 침착법에 의하여 CdS 박막을 형성한 직후에는 CdS 박막 표면에 크기가 큰 입자들이 붙어 있으며, 이들 입자는 세정 공정을 통하여 제거할 수 있다. 세정 공정은 예를 들면 증류수에서 초음파 세척을 통하여 수행될 수 있다. Immediately after formation of the CdS thin film by chemical vapor deposition, large particles adhere to the surface of the CdS thin film, and these particles can be removed through a cleaning process. The cleaning process can be carried out, for example, by ultrasonic cleaning in distilled water.
Cd(Cu)S 박막을 형성하는 방법How to Form a Cd (Cu) S Thin Film
다음으로 본 발명의 일 실시예에 따라 화학조 침착법에 의하여 Cd(Cu)S 박막을 형성하는 방법을 설명한다. Next, a method of forming a Cd (Cu) S thin film by chemical bath deposition according to an embodiment of the present invention will be described.
반응조에서 염화카드뮴(CdCl2) 또는 황산카드뮴(CdSO4) 0. 001 ~ 0. 01 M, 황산구리(CuSO4) 0. 00005 ~ 0. 0001 M, 티오우레아(SC(NH2)2) 0. 01 ~ 0. 5 M, 암모니아(NH3) 1. 1 ~ 1. 8 M, 염화암모늄(NH4Cl) 0. 001 ~ 0. 01 M 및 트리에틸아민(TEA: triethylamine) 0. 0001 ~ 0. 005 M 이 포함된 수용액에 기판을 완전히 담근다. 그리고 반응조를 45 ~ 65℃로 약 20 ~ 60 분간 가열한 다음 냉각한다. 그 후 Cd(Cu)S 박막이 형성된 기판을 세정하여 표면에 붙은 거친 입자를 제거한다. CdS 박막의 형성 공정과 마찬가지로 증류수를 사용하여 초음파 세척을 할 수 있다. Cadmium chloride (CdCl 2 ) or cadmium sulfate (CdSO 4 ) 0 .001 to 0.01 M, copper sulfate (CuSO 4 ) 0.005 to 0.0001 M, thiourea (SC (NH 2 ) 2 ) 0. 01 to 0.5 M, ammonia (NH 3 ) 1.1 to 1. 8 M, ammonium chloride (NH 4 Cl) 0.001 to 0.01 M and triethylamine (TEA) 0.001 to 0 Submerge the substrate completely in an aqueous solution containing 005 M. The reactor is then heated to 45-65 ° C. for about 20-60 minutes and then cooled. Thereafter, the substrate on which the Cd (Cu) S thin film is formed is washed to remove coarse particles on the surface. As in the formation process of the CdS thin film, ultrasonic cleaning may be performed using distilled water.
Cd(Cu)S 박막은 종래의 화학조 침착법으로 두껍게 침착시키기가 매우 어렵 다. 염화암모늄 및 트리에틸아민을 사용하지 않은 경우에는 일반적으로 20 nm 이하의 매우 얇은 박막이 불균일하게 형성되는 것이 관찰된다. 그러나 본 발명의 실시예에서 0. 001 ~ 0. 01 M 의 염화암모늄과 함께 0. 001 ~ 0. 005 M 의 트리에틸아민을 첨가하였을 때 80 nm 이상의 Cd(Cu)S 박막이 더욱 균일하게 형성되었다. Cd (Cu) S thin films are very difficult to deposit thick by conventional chemical bath deposition. In the absence of ammonium chloride and triethylamine, it is generally observed that very thin films of 20 nm or less form unevenly. However, Cd (Cu) S thin films of more than 80 nm were formed more uniformly when 0.001-0.005 M triethylamine was added together with 0.11-0.01 M ammonium chloride in the embodiment of the present invention. It became.
CdS 박막의 형성방법에서와 마찬가지로 염화카드뮴 또는 황산카드뮴은 카드뮴을 공급하는 소스이고, 티오우레아는 황을 공급하는 소스이다. 황산구리는 구리를 공급하는 소스이다. 본 발명에 의한 CdS 박막의 형성방법과 마찬가지로 염화암모늄은 카드뮴과 착화합물을 형성할 리간드를 제공하는 한편, pH를 조절하는 완충제로서 작용할 수 있는 것으로 여겨진다. 또한 트리에틸아민도 수용액에서 카드뮴과 착화합물을 형성함으로써 CdS 박막 형성과 경쟁하는 Cd(OH)2의 고상화 속도를 낮추고 Cd(OH)2의 큰 입자가 형성되는 것을 억제할 수 있는 것으로 여져진다. As in the method of forming a CdS thin film, cadmium chloride or cadmium sulfate is a source for supplying cadmium, and thiourea is a source for supplying sulfur. Copper sulfate is a source of copper. As with the method for forming the CdS thin film according to the present invention, it is believed that ammonium chloride can act as a buffer for controlling pH while providing a ligand to form a complex with cadmium. In addition, it is considered that triethylamine also forms a complex compound with cadmium in an aqueous solution to lower the solidification rate of Cd (OH) 2 , which competes with CdS thin film formation, and to suppress formation of large particles of Cd (OH) 2 .
Cd(Cu)S/CdS 박막 다이오드를 형성하는 방법How to Form a Cd (Cu) S / CdS Thin Film Diode
앞에서 기술한 화학조 침착법에 의하여 Cd(Cu)S와 CdS 박막을 형성함으로써 도 1에서 설명한 Cd(Cu)S/CdS 박막 다이오드를 형성할 수 있다. 먼저, 기판(11) 위에 하부전극(12)을 형성한다. 기판(11)은 예를 들면 쿼츠, 유리 또는 폴리머 필름으로 형성할 수 있다. 하부전극(12)은 ITO 또는 SnO2(F)과 같은 전도도가 높은 투명한 물질로 형성할 수 있다. ITO 또는 SnO2(F) 등의 물질을 진공증착법을 사용하여 기판(11) 위에 증착한 후 포토리소그래피 방법을 이용하여 하부전극(12)을 패터닝한다. 하부전극(12)이 형성된 기판(11)을 예를 들면 알코올 또는 아세톤 등을 이용하여 세정할 수 있다. The Cd (Cu) S / CdS thin film diode described in FIG. 1 may be formed by forming the Cd (Cu) S and CdS thin films by the chemical bath deposition method described above. First, the
이어서 하부전극(12) 위에 p 도전형의 Cd(Cu)S 막(13)을 형성한다. p 도전형의 Cd(Cu)S 막(13)은 앞에서 설명한 화학조 침착법에 의하여 형성할 수 있다. 즉, 하부전극(12)이 형성된 기판(11)을 지그(25)에 고정하여 반응조(20)의 수용액에 완전히 담근다. 수용액은 염화카드뮴(CdCl2) 또는 황산카드뮴(CdSO4) 0. 001 ~ 0. 01 M, 황산구리(CuSO4) 0. 00005 ~ 0. 0001 M, 티오우레아(SC(NH2)2) 0. 01 ~ 0. 5 M, 암모니아(NH3) 1. 1 ~ 1. 8 M, 염화암모늄(NH4Cl) 0. 001 ~ 0. 01 M 및 트리에틸아민(TEA: triethylamine) 0. 0001 ~ 0. 005 M 을 포함하고 있다. 기판(11)이 완전히 잠긴 수용액을 45 ~ 65℃로 약 20 ~ 60 분간 가열한 다음 냉각하여 Cd(Cu)S 박막을 형성한다. 이어서 Cd(Cu)S 박막 위에 생긴 거친 입자를, 예를 들면, 상온의 증류수를 사용하여 초음파 세정을 통하여 제거할 수 있다. 이어서 기판(11)을 예를 들면 오븐에서 건조할 수 있다. Subsequently, a p-conductive Cd (Cu) S film 13 is formed on the
다음으로 p 도전형의 Cd(Cu)S 막(13) 위에 n 도전형의 CdS 막(14)을 앞에서 설명한 화학조 침착법에 의하여 형성할 수 있다. p 도전형의 Cd(Cu)S 막(13)이 형성된 기판(11)을 지그(25)에 고정하여 화학 반응조(20)의 수용액에 완전히 담근다. 수용액은 염화카드뮴(CdCl2) 또는 황산카드뮴(CdSO4) 0. 003 ~ 0. 03 M, 티오우레아(SC(NH2)2) 0. 01 ~ 0. 3 M, 암모니아(NH3) 1. 0 ~ 1. 6 M, 염화암모늄(NH4Cl) 0. 001 ~ 0. 01 M 및 트리에틸아민(TEA: triethylamine) 0. 0001 ~ 0. 005 M 을 포함 하고 있다. 기판(11)이 완전히 잠긴 수용액을 55 ~ 75℃로 약 20 ~ 60 분간 가열한 다음 냉각한다. 이어서 CdS 박막(14) 위에 생긴 거친 입자를 Cd(Cu)S 박막(13)의 경우와 마찬가지로 상온의 증류수를 사용하여 초음파 세정을 통하여 제거하고, 오븐에서 건조할 수 있다. Next, the n-
Cd(Cu)S 및 CdS 박막(13, 14)은 리프트 오프 또는 식각법을 사용하여 패터닝할 수 있다. 리프트 오프 방법에서는 박막이 형성되지 않을 부분에 포토레지스트 패턴을 형성하고 앞에서 설명한 Cd(Cu)S 및 CdS 박막(13, 14) 형성 공정을 진행한다. 그 후 유기 용매를 이용하여 포토레지스트 패턴을 제거하면서 동시에 포토레지스트 위의 박막이 제거된다. 식각법에서는 Cd(Cu)S 및 CdS 박막(13, 14)을 형성한 후에 포토레지스트 패턴을 형성하고 포토레지스트 패턴을 마스크로 이용하고 박막(13, 14)을 식각하여 패터닝한다. 모서리 누전(edge short)를 방지하기 위하여 CdS 박막(14)의 패턴의 크기를 Cd(Cu)S 박막(13) 패턴 보다 작게 할 수도 있다. The Cd (Cu) S and CdS
한편, Cd(Cu)S 박막(13)과 CdS 박막(14) 사이에는 절연체 박막을 형성하여 PIN 다이오드를 구성할 수도 있다. 절연체 박막은 Cd(Cu)S 박막(13)을 열산화 하거나 SiO2, TiO2, Al2O3등과 같은 이종 절연체 박막을 올려서 형성할 수 있다. 첫번째 방법은 Cd(Cu)S 박막(13)을 올리고 세정 공정을 거친 후 400 ~ 500℃ 에서 10 ~ 60 분 정도 열처리하여 절연체 박막을 형성한다. 열처리할 때 승온 속도는 빠른 것이 바람직하며 최소한 분당 10℃ 이상으로 한다. 두번째 방법에서는 Cd(Cu)S 박막(13)을 올린 후에 화학조 침착법, 스핀 코팅 또는 전기 영동법 등을 이용하여 SiO2, TiO2, Al2O3 등과 같은 이종 절연막을 20 nm 이하의 두께로 올리고 고온 열처리하여 절연체 박막을 형성할 수 있다. Meanwhile, an insulator thin film may be formed between the Cd (Cu) S thin film 13 and the CdS
또한, 다이오드 특성을 향상시키도록 Cd(Cu)S/CdS 계면의 불순물을 제거하기 위하여, 질산, 염산, 황산, 인산, 초산 또는 이들의 혼합물에 Cd(Cu)S 박막의 표면을 산처리를 할 수 있다. 산의 농도는 0. 5 M 을 넘지 않는 것이 바람직하다. 산처리 후의 기판은 가능한 빠른 시간 내에 CdS 박막 형성 공정을 수행하여 계면의 재오염을 방지하는 것이 좋다. In addition, in order to remove impurities at the Cd (Cu) S / CdS interface to improve diode characteristics, the surface of the Cd (Cu) S thin film may be acid treated with nitric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, acetic acid, or a mixture thereof. Can be. The acid concentration is preferably not more than 0.5 M. The substrate after the acid treatment is preferably carried out in a CdS thin film forming process as soon as possible to prevent recontamination of the interface.
다음으로, CdS 박막(14) 위에 상부전극(15)을 올린다. 상부전극(15)은 구리, 알루미늄, 텅스텐 등과 같은 도전성 물질을 진공증착법이나 전기도금 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 상부전극(15)의 패터닝은 리프트오프 또는 식각법을 사용할 수 있다. Next, the
Cd(Cu)S/CdS 발광 다이오드는 투명한 기판과 투명한 하부전극을 사용하고, 하부전극 위에 두께가 얇은 p 도전형의 Cd(Cu)S 박막을 형성하고 그 위에 두께가 두꺼운 n 도전형의 CdS 박막을 형성하는 것이 바람직하다. 그러나 발광 이외의 다이오드에서는 기판과 하부전극의 물질을 제한할 필요가 없으며, 또한 p 도전형의 Cd(Cu)S 박막과 n 도전형의 CdS 박막의 형성 순서를 제한할 필요가 없다. The Cd (Cu) S / CdS light emitting diode uses a transparent substrate and a transparent lower electrode, and forms a thin p-conductive Cd (Cu) S thin film on the lower electrode and has a thick n-conductive CdS thin film thereon. It is preferable to form However, it is not necessary to limit the materials of the substrate and the lower electrode in the diode other than the light emission, and it is not necessary to limit the order of formation of the p-conductive Cd (Cu) S thin film and the n-conductive CdS thin film.
지금까지, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명 의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. So far, the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, which are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. will be. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 화학조 침착법에서 염화암모늄과 트리에틸아민을 부가적으로 사용함으로써 Cd(Cu)S 박막과 CdS 박막을 두껍고 균일하게 형성할 수 있다. 이와 같은 Cd(Cu)S 박막과 CdS 박막 형성 방법을 이용하여 Cd(Cu)S/CdS 호모 정션 박막 다이오드를 형성할 수 있다. As described in detail above, according to the present invention, by additionally using ammonium chloride and triethylamine in the chemical bath deposition method, the Cd (Cu) S thin film and the CdS thin film can be formed thick and uniformly. The Cd (Cu) S / CdS homojunction thin film diode may be formed using the Cd (Cu) S thin film and the CdS thin film formation method.
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- 2007-04-13 KR KR1020070036583A patent/KR100819121B1/en active IP Right Grant
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