KR101263239B1 - Fabrication of N-doped ZnO transparent conductive oxide films - Google Patents
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Abstract
본 발명은 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막의 제조방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는 반응기 내부에 놓여진 기판에 기상(gas phase)의 아연소스를 공급하여 기판에 아연소스를 흡착시키는 단계; 상기의 아연소스가 흡착된 기판에 산소가스와 질소가스의 혼합가스를 플라즈마 형태로 공급하여 기판에 흡착된 아연소스와 반응시켜 질소가 도핑된 산화아연 박막을 형성하는 단계; 및 상기의 형성된 질소가 도핑된 산화아연 박막을 성장시키는 단계를 포함하는 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a nitrogen oxide-doped zinc oxide transparent conductive film, and more particularly, comprising: adsorbing a zinc source to a substrate by supplying a gas phase zinc source to a substrate placed inside a reactor; Supplying a mixed gas of an oxygen gas and a nitrogen gas to the substrate on which the zinc source is adsorbed in a plasma form and reacting with a zinc source adsorbed on the substrate to form a nitrogen-doped zinc oxide thin film; And a method of manufacturing a nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film comprising growing the formed nitrogen-doped zinc oxide thin film.
Description
본 발명은 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막의 제조방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는 반응기 내부에 놓여진 기판에 기상(gas phase)의 아연소스를 공급하여 기판에 아연소스를 흡착시키는 단계; 상기의 아연소스가 흡착된 기판에 산소가스와 질소가스의 혼합가스를 플라즈마 형태로 공급하여 기판에 흡착된 아연소스와 반응시켜 질소가 도핑된 산화아연 박막을 형성하는 단계; 및 상기의 형성된 질소가 도핑된 산화아연 박막을 성장시키는 단계를 포함하는 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for producing a nitrogen oxide-doped zinc oxide transparent conductive film, and more particularly, comprising: adsorbing a zinc source to a substrate by supplying a gas phase zinc source to a substrate placed inside a reactor; Supplying a mixed gas of oxygen gas and nitrogen gas to the substrate on which the zinc source is adsorbed in a plasma form to form a nitrogen-doped zinc oxide thin film by reacting with the zinc source adsorbed on the substrate; And a method of manufacturing a nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film comprising growing the formed nitrogen-doped zinc oxide thin film.
투명 전도성 박막(Transparent Conductive oxide, TCO)은 높은 전도성과 가시광선 영역에서 80％ 이상의 투과성 특성을 가지고 있어 디스플레이 및 태양전지 모듈의 전극으로 사용되고 있으며, 이러한 투명 전도성 박막의 소재로 널리 사용되는 것은 인듐 주석 산화물(lndium Tin Oxide, ITO) 이다. Transparent Conductive Oxide (TCO) has high conductivity and transmittance of over 80% in the visible range, and is used as an electrode for display and solar cell modules.Indium tin is widely used as a material for such transparent conductive thin films. Oxide (lndium Tin Oxide, ITO).
하지만 투명 전극의 수요 증가와 인듐의 매장량 한계에 따라 가격 상승, 원자재 고갈 등이 문제점으로 대두됨에 따라 이를 대체할 가장 가능성 있는 소재로 산화아연계 투명 전도성 박막이다.However, zinc oxide-based transparent conductive thin film is the most likely material to replace the price increase due to the increase in demand for transparent electrode, the indium reserves, and depletion of raw materials.
투명 전도성 박막이 가져야할 기본적인 요구사항으로는 고전도성, 가시광선 및 자외선(UV)영역 등에서의 놓은 투과율, 제조단가 및 원료 가격의 저렴 등 여러 가지가 있다.Basic requirements for transparent conductive thin films include high conductivity, transmittance in visible and ultraviolet (UV) regions, manufacturing cost, and low raw material price.
산화아연의 경우 가시광선 영역에서 90％ 이상의 광투과도를 가지며, 자연계에 다량 존재하므로 원료의 가격이 저렴하다. 하지만 박막 내에 산소 결핍과 아연의 과잉으로 인하여 저항이 크다는 단점이 있어 이러한 문제를 해결하고자 마그네트론 스퍼터 증착법과 펄스 레이져 증착법(pulsed laser dePositiorl/PLD) 등을 이용하여 알루미늄(Al)이 도핑된 산화아연(Al doped ZnO, AZO)과 갈륨이 도핑된 산화아연(Ca doped ZnO, GZO)을 이용하여 투명 전도성 박막으로 사용하고 있다. AZO 박막과 GZO 박막의 경우 광투과도와 저항에서 인듐 주석 산화물(ITO)과 유사한 특성을 나타내고 있으며, 특히 알루미늄이 도핑된 산화아연(AZO)의 경우 평판 디스플레이용 투명 전도성 박막으로 사용될 수 있을 정도의 특성을 나타내고 있다. Zinc oxide has a light transmittance of 90% or more in the visible region and is present in a large amount in nature, thus the raw material is inexpensive. However, there is a disadvantage in that the resistance is large due to oxygen deficiency and excess zinc in the thin film. To solve this problem, zinc oxide doped with aluminum (Al) using magnetron sputter deposition and pulsed laser dePositiorl / PLD is used. Al doped ZnO, AZO) and gallium doped zinc oxide (Ca doped ZnO, GZO) are used as a transparent conductive thin film. AZO and GZO thin films have similar properties to indium tin oxide (ITO) in light transmittance and resistance, and in particular, aluminum doped zinc oxide (AZO) can be used as a transparent conductive thin film for flat panel displays. Indicates.
그러나 스퍼터링 방법을 이용하여 알루미늄(Al)이 도핑된 산화아연(AZO)과 갈륨이 도핑된 산화아연(GZO) 타겟의 제조에 어려움이 있고, 대면적 기판을 사용하여 균일한 투명 전도성 산화아연 박막을 제조하는데 어려움이 있다. However, it is difficult to fabricate aluminum (Al) doped zinc oxide (AZO) and gallium doped zinc oxide (GZO) targets using a sputtering method, and a uniform transparent conductive zinc oxide thin film is formed using a large area substrate. There is a difficulty in manufacturing.
이에 본 발명에서는 반응기 내부에 놓여진 기판에 기상(gas phase)의 아연소스를 공급하여 기판에 아연소스를 흡착시키는 단계; 상기의 아연소스가 흡착된 기판에 산소가스와 질소가스의 혼합가스를 플라즈마 원자층 증착법(plasma enhanced atomic layer deposition, PEALD)을 이용하여 플라즈마 형태로 공급하여 기판에 흡착된 아연소스와 반응시켜 질소가 도핑된 산화아연 박막을 형성하는 단계; 및 상기의 형성된 질소가 도핑된 산화아연 박막을 성장시키는 단계를 포함하는 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막의 제조방법을 제공하고자 한다.
Accordingly, the present invention provides a gas phase zinc source to the substrate placed in the reactor to adsorb the zinc source to the substrate; The mixed gas of oxygen gas and nitrogen gas is supplied to the substrate on which the zinc source is adsorbed in a plasma form using plasma enhanced atomic layer deposition (PEALD) to react with the zinc source adsorbed on the substrate, Forming a doped zinc oxide thin film; And to provide a method for producing a nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film comprising the step of growing the formed nitrogen-doped zinc oxide thin film.
본 발명의 목적은 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막의 제조방법을 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a method for producing a zinc oxide transparent conductive film doped with nitrogen.
본 발명의 다른 목적은 상기에서 언급한 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막의 제조방법에 의해 제조한 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막을 제공하고자 한다.
Another object of the present invention is to provide a nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film prepared by the above-mentioned method for producing a nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film.
본 발명은 반응기 내부에 놓여진 기판에 기상(gas phase)의 아연소스를 공급하여 기판에 아연소스를 흡착시키는 단계; 상기의 아연소스가 흡착된 기판에 산소가스와 질소가스의 혼합가스를 플라즈마 형태로 공급하여 기판에 흡착된 아연소스와 반응시켜 질소가 도핑된 산화아연 박막을 형성하는 단계; 및 상기의 형성된 질소가 도핑된 산화아연 박막을 성장시키는 단계를 포함하는 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막의 제조방법을 제공한다.
The present invention provides a gas phase zinc source to the substrate placed inside the reactor to adsorb the zinc source to the substrate; Supplying a mixed gas of oxygen gas and nitrogen gas to the substrate on which the zinc source is adsorbed in a plasma form to form a nitrogen-doped zinc oxide thin film by reacting with the zinc source adsorbed on the substrate; And it provides a method for producing a nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film comprising the step of growing the formed nitrogen-doped zinc oxide thin film.
본 발명에 의해 제조한 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막은 박막의 두께가 균일하고, 낮은 저항과 광투과성이 95％ 이상의 고품위의 투명 전도막을 제공할 수 있다. The nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film prepared by the present invention can provide a high-quality transparent conductive film having a uniform thickness and a low resistance and light transmittance of 95% or more.
또한 본 발명에 의해 제조한 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막은 인체에 무해하고 저렴한 질소를 도핑함으로써 디스플레이, 태양전지 모듈의 전극, 태양전지 모듈의 전면부 전극, TV, 컴퓨터, 모니터, 핸드폰, 스마트폰 등의 소재로 사용될 수 있다.
In addition, the nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film prepared by the present invention is harmless to humans and inexpensive by doping nitrogen, so that the display, the electrode of the solar cell module, the front electrode of the solar cell module, TV, computer, monitor, mobile phone, smart It can be used as a material such as a phone.
도 1은 실시예 1에서 산소가스 5sccm 및 질소가스 5sccm를 혼합한 혼합가스를 RF 파워 150W를 이용하여 플라즈마로 형성하였을 때 생성되는 기체를 분석한 OES(Optical Emission Spectroscopy) 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2a는 실시예 1에서 제조한 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막(두께:276nm) 단면의 FESEM 이미지이다.
도 2b는 실시예 2에서 제조한 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막(두께:276nm) 단면의 FESEM 이미지이다.
도 2c는 실시예 3에서 제조한 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막(두께:276nm) 단면의 FESEM 이미지이다.
도 2d는 실시예 4에서 제조한 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막(두께:276nm) 단면의 FESEM 이미지이다.
도 3은 실시예 1 내지 실시예 4에서 제조한 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막과 비교예 1에서 제조한 산화아연 투명 전도막의 XRD(X-Ray Diffraction) 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예 1 내지 실시예 4에서 제조한 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막과 비교예 1에서 제조한 산화아연 투명 전도막의 자외선(UV) 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 5a는 실시예 5에서 제조한 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막(두께:276nm) 단면의 FESEM 이미지이다.
도 5b는 실시예 6에서 제조한 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막(두께:548nm) 단면의 FESEM 이미지이다.
도 5c는 실시예 7에서 제조한 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막(두께:925nm) 단면의 FESEM 이미지이다.
도 6은 실시예 5 내지 실시예 7에서 제조한 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막(두께:276∼925nm)의 XRD(X-Ray Diffraction) 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 7은 실시예 5 내지 실시예 7에서 제조한 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막(두께:276∼925nm)의 자외선(UV) 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.1 is a graph showing the results of OES (Optical Emission Spectroscopy) analysis of the gas generated when the mixed gas mixed with oxygen gas 5sccm and nitrogen gas 5sccm in Example 1 to form a plasma using RF power 150W.
2A is a FESEM image of a cross section of a nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film (thickness: 276 nm) prepared in Example 1. FIG.
FIG. 2B is a FESEM image of a cross section of a nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film (thickness: 276 nm) prepared in Example 2. FIG.
FIG. 2C is a FESEM image of a cross section of a nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film (thickness: 276 nm) prepared in Example 3. FIG.
FIG. 2D is a FESEM image of a cross section of a nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film (thickness: 276 nm) prepared in Example 4. FIG.
3 is a graph showing X-ray diffraction (XRD) spectra of a zinc oxide transparent conductive film doped with nitrogen prepared in Examples 1 to 4 and a zinc oxide transparent conductive film prepared in Comparative Example 1. FIG.
4 is a graph showing ultraviolet (UV) spectra of the zinc oxide transparent conductive film doped with nitrogen prepared in Examples 1 to 4 and the zinc oxide transparent conductive film prepared in Comparative Example 1. FIG.
5A is a FESEM image of a cross section of a nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film (thickness: 276 nm) prepared in Example 5. FIG.
5B is a FESEM image of a cross section of a nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film (thickness: 548 nm) prepared in Example 6. FIG.
5C is a FESEM image of a cross section of a nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film (thickness: 925 nm) prepared in Example 7. FIG.
FIG. 6 is a graph showing X-ray diffraction (XRD) spectra of a nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film (thickness: 276 to 925 nm) prepared in Examples 5 to 7. FIG.
FIG. 7 is a graph showing ultraviolet (UV) spectra of nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive films (thickness: 276 to 925 nm) prepared in Examples 5 to 7. FIG.
본 발명은 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막의 제조방법을 나타낸다.The present invention shows a method for producing a zinc oxide transparent conductive film doped with nitrogen.
본 발명은 (1)반응기 내부에 놓여진 기판에 기상(gas phase)의 아연소스를 공급하여 기판에 아연소스를 흡착시키는 단계; (2)상기의 아연소스가 흡착된 기판에 산소가스와 질소가스의 혼합가스를 플라즈마 형태로 공급하여 기판에 흡착된 아연소스와 반응시켜 질소가 도핑된 산화아연 박막을 형성하는 단계; 및 (3)상기의 형성된 질소가 도핑된 산화아연 박막을 성장시키는 단계를 포함하는 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막의 제조방법을 나타낸다.The present invention comprises the steps of: (1) supplying a gas phase zinc source to the substrate placed inside the reactor to adsorb the zinc source to the substrate; (2) supplying a mixed gas of oxygen gas and nitrogen gas to the substrate on which the zinc source is adsorbed in a plasma form to react with the zinc source adsorbed on the substrate to form a nitrogen-doped zinc oxide thin film; And (3) growing a nitrogen oxide-doped zinc oxide thin film as described above.
상기에서 기판은 유리기판, 실리콘기판, 폴리이미드(polyimide)기판, 폴리에테르이미드(polyetherimide)기판, 폴리카보네이트(polycarbonate)기판, 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylenenapthalate)기판, 폴리에스터(polyester)기판, 폴리에테르설폰(polyethersulfone)기판을 사용할 수 있다.The substrate may be a glass substrate, a silicon substrate, a polyimide substrate, a polyetherimide substrate, a polycarbonate substrate, a polyethylenenapthalate substrate, a polyester substrate, a polyether sulfone Polyethersulfone substrates can be used.
상기에서 기판은 유리기판을 사용할 수 있다.The substrate may be a glass substrate.
상기에서 아연소스는 아연(Zn)을 포함하는 유기금속화합물(organometallic compound)을 기상(gas phase)으로 하여 기판에 아연소스를 흡착시킬 수 있다.In the zinc source, the zinc source may be adsorbed onto the substrate by using an organometallic compound including zinc (Zn) as a gas phase.
상기의 아연(Zn)을 포함하는 유기금속화합물의 일예로서 Zn(C2H5)2 및 Zn(CH3)2 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.As an example of the organometallic compound containing zinc (Zn), any one or more selected from Zn (C 2 H 5 ) 2 and Zn (CH 3 ) 2 may be used.
상기에서 아연소스는 Zn(C2H5)2를 기상(gas phase)으로 공급하여 기판에 아연소스를 흡착시킬 수 있다.In the zinc source can supply Zn (C 2 H 5 ) 2 in the gas phase (gas phase) to adsorb the zinc source on the substrate.
상기에서 아연소스는 Zn(C2H5)2를 1℃ 항온조에서 1초 동안 증발시켜 얻은 기상(gas phase)을 공급하여 기판에 아연소스를 흡착시킬 수 있다.In the zinc source can be adsorbed to the substrate by supplying a gas phase (gas phase) obtained by evaporating Zn (C 2 H 5 ) 2 in 1 ℃ constant temperature bath for 1 second.
상기에서 아연소스가 흡착된 기판에 산소가스 5sccm에 대하여 질소가스 5∼35sccm를 혼합한 혼합가스를 플라즈마 원자층 증착법(PEALD)에 의한 플라즈마 형태로 공급하여 기판에 흡착된 아연소스와 반응시켜 질소가 도핑된 산화아연 박막을 형성할 수 있다.The mixed gas of nitrogen gas 5 to 35 sccm with respect to oxygen gas 5 sccm is supplied to the substrate on which the zinc source is adsorbed in the form of plasma by plasma atomic layer deposition (PEALD) to react with the zinc source adsorbed on the substrate. A doped zinc oxide thin film can be formed.
상기에서 아연소스가 흡착된 기판에 산소가스 5sccm에 대하여 질소가스 5sccm를 혼합한 혼합가스를 플라즈마 원자층 증착법(PEALD)에 의한 플라즈마 형태로 공급하여 기판에 흡착된 아연소스와 반응시켜 질소가 도핑된 산화아연 박막을 형성할 수 있다.The mixed gas of nitrogen gas 5sccm with respect to oxygen gas 5sccm is supplied to the substrate on which the zinc source is adsorbed in a plasma form by plasma atomic layer deposition (PEALD) and reacted with the zinc source adsorbed on the substrate to be doped with nitrogen. A zinc oxide thin film can be formed.
상기에서 아연소스가 흡착된 기판에 산소가스 5sccm에 대하여 질소가스 15sccm를 혼합한 혼합가스를 플라즈마 원자층 증착법(PEALD)에 의한 플라즈마 형태로 공급하여 기판에 흡착된 아연소스와 반응시켜 질소가 도핑된 산화아연 박막을 형성할 수 있다.The mixed gas of nitrogen gas 15sccm with respect to oxygen gas 5sccm on the zinc source adsorbed substrate is supplied in a plasma form by plasma atomic layer deposition (PEALD) to react with the zinc source adsorbed on the substrate to be doped with nitrogen. A zinc oxide thin film can be formed.
상기에서 아연소스가 흡착된 기판에 산소가스 5sccm에 대하여 질소가스 25sccm를 혼합한 혼합가스를 플라즈마 원자층 증착법(PEALD)에 의한 플라즈마 형태로 공급하여 기판에 흡착된 아연소스와 반응시켜 질소가 도핑된 산화아연 박막을 형성할 수 있다.The mixed gas of nitrogen gas 25sccm with respect to oxygen gas 5sccm is supplied to the zinc adsorbed substrate in the form of plasma by plasma atomic layer deposition (PEALD) and reacted with the zinc source adsorbed on the substrate to be doped with nitrogen. A zinc oxide thin film can be formed.
상기에서 아연소스가 흡착된 기판에 산소가스 5sccm에 대하여 질소가스 35sccm를 혼합한 혼합가스를 플라즈마 원자층 증착법(PEALD)에 의한 플라즈마 형태로 공급하여 기판에 흡착된 아연소스와 반응시켜 질소가 도핑된 산화아연 박막을 형성할 수 있다.In the above-described method, a mixed gas obtained by mixing nitrogen gas 35sccm with respect to oxygen gas 5sccm on a zinc source-adsorbed substrate is supplied in a plasma form by plasma atomic layer deposition (PEALD) to react with a zinc source adsorbed on the substrate to be doped with nitrogen. A zinc oxide thin film can be formed.
상기에서 산소가스와 질소가스를 혼합한 혼합가스를 플라즈마 원자층 증착법(PEALD)에 의한 플라즈마 형태로 반응기 내부로 공급시 RF 파워 50∼300W을 이용하여 산소가스와 질소가스를 혼합한 혼합가스를 플라즈마화 할 수 있다.When the mixed gas of oxygen gas and nitrogen gas is supplied into the reactor by plasma atomic layer deposition (PEALD) into the reactor, the mixed gas of oxygen gas and nitrogen gas is mixed using RF power of 50 to 300 W. Can be mad.
상기에서 산소가스와 질소가스를 혼합한 혼합가스를 플라즈마 원자층 증착법(PEALD)에 의한 플라즈마 형태로 반응기 내부로 공급시 RF 파워 150W을 이용하여 산소가스와 질소가스를 혼합한 혼합가스를 플라즈마화 할 수 있다.When a mixed gas obtained by mixing oxygen gas and nitrogen gas is supplied into the reactor in the form of a plasma by the plasma atomic layer deposition (PEALD) method, a mixed gas obtained by mixing oxygen gas and nitrogen gas using RF power of 150 W is plasmanized .
상기에서 기판에 형성된 질소가 도핑된 산화아연 박막의 성장은 반응기의 온도를 150∼250℃으로 8∼24시간 동안 유지하여 기판에 형성된 질소가 도핑된 산화아연 박막을 성장시킬 수 있다.The growth of the nitrogen-doped zinc oxide thin film formed on the substrate may maintain the temperature of the reactor at 150 to 250 ℃ for 8 to 24 hours to grow the nitrogen-doped zinc oxide thin film formed on the substrate.
상기에서 기판에 형성된 질소가 도핑된 산화아연 박막의 성장은 반응기의 온도를 220℃으로 8시간 동안 유지하여 기판에 형성된 질소가 도핑된 산화아연 박막을 성장시킬 수 있다.The growth of the nitrogen-doped zinc oxide thin film formed on the substrate may maintain the temperature of the reactor at 220 ℃ for 8 hours to grow the nitrogen-doped zinc oxide thin film formed on the substrate.
상기에서 아연 소스를 기판에 흡착시킨 후의 공정 및 질소가 도핑된 산화아연 박막 형성 후의 공정 중에서 선택된 어느 하나 이상의 공정 이후에 질소가스 공급의 퍼징(purging)에 의해 미반응물을 반응기 외부로 배출(vent)시키는 단계를 추가로 더 포함할 수 있다.After the zinc source is adsorbed onto the substrate, the unreacted substance is vented out of the reactor by purging the nitrogen gas supply after at least one process selected from a process after forming a zinc oxide thin film doped with nitrogen. It may further comprise the step of.
상기에서 아연 소스를 기판에 흡착시킨 후의 공정 이후에 질소가스 공급의 퍼징(purging)에 의해 미반응물을 반응기 외부로 배출(vent)시키는 단계 및 질소가 도핑된 산화아연 박막 형성 후의 공정 이후에 질소가스 공급의 퍼징(purging)에 의해 미반응물을 반응기 외부로 배출(vent)시키는 단계를 추가로 더 포함할 수 있다.After the step of adsorbing the zinc source to the substrate, the step of venting the unreacted substance to the outside of the reactor by purging the nitrogen gas supply and after the process after forming the nitrogen-doped zinc oxide thin film The method may further include venting the unreacted material out of the reactor by purging the feed.
상기에서 (1)단계 내지 (3)단계를 추가로 더 실시하여 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막의 두께를 조절할 수 있다.In the above step (1) to (3) may be further performed to control the thickness of the zinc oxide transparent conductive film doped with nitrogen.
상기에서 (1)단계 내지 (3)단계를 추가로 더 실시하여 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막의 두께를 250nm∼950nm로 조절할 수 있다.The thickness of the nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film may be adjusted to 250 nm to 950 nm by further performing steps (1) to (3) above.
상기에서 (1)단계 내지 (3)단계를 추가로 더 실시하여 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막의 두께를 250nm∼925nm로 조절할 수 있다.In the above step (1) to (3) by further performing the thickness of the nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film can be adjusted to 250nm to 925nm.
상기에서 (1)단계 내지 (3)단계를 추가로 더 실시하여 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막의 두께를 250nm∼548nm로 조절할 수 있다.The thickness of the nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film may be adjusted to 250 nm to 548 nm by further performing steps (1) to (3) above.
상기에서 (1)단계 내지 (3)단계를 추가로 더 실시하여 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막의 두께를 250nm∼276nm로 조절할 수 있다.The thickness of the nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film may be adjusted to 250 nm to 276 nm by further performing steps (1) to (3) above.
상기에서 기판은 반응기에 놓기 전에 아세톤, 증류수, 탄소수가 1∼10개인 알코올 중에서 선택된 어느 하나 이상의 용액으로 세척한 것을 사용할 수 있다.The substrate may be washed with one or more solutions selected from acetone, distilled water, alcohol having 1 to 10 carbon atoms before placing in the reactor.
상기의 탄소수가 1∼10개인 알코올의 일예로서 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 펜탄올 중에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.
As one example of the alcohol having 1 to 10 carbon atoms, any one selected from methanol, ethanol, propanol, butanol, and pentanol can be used.
본 발명의 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막의 제조방법에 대해 다양한 조건으로 실시한바, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는 상기에서 언급한 조건에 의해 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막의 제조방법을 제공하는 것이 바람직하다.
The method for producing a nitrogen oxide-doped zinc oxide transparent conductive film of the present invention was carried out under various conditions. In order to achieve the object of the present invention, there is provided a method for producing a nitrogen oxide-doped zinc oxide transparent conductive film under the above-mentioned conditions. It is desirable to.
본 발명은 상기에서 언급한 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막의 제조방법에 의해 제조한 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막을 포함한다.
The present invention includes a nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film prepared by the above-mentioned method for producing a nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film.
본 발명은 상기에서 언급한 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막의 제조방법에 의해 제조한 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막을 함유하는 소재를 포함한다.The present invention includes a material containing a nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film prepared by the above-mentioned method for producing a nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film.
상기의 소재는 디스플레이, 태양전지 모듈의 전극, TV, 컴퓨터, 모니터, 핸드폰, 스마트폰 중에서 선택된 어느 하나를 나타낸다.
The material represents any one selected from a display, an electrode of a solar cell module, a TV, a computer, a monitor, a mobile phone, and a smartphone.
이하 본 발명의 내용을 실시예 및 시험예를 통하여 구체적으로 설명한다. 그러나, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로 본 발명의 권리범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples and Test Examples. However, these are for the purpose of illustrating the present invention in more detail, and the scope of the present invention is not limited thereto.
<실시예 1> 질소가 도핑된 산화아연(N-doped ZnO) 투명 전도막 제조Example 1 Preparation of N-doped ZnO Transparent Conductive Film
(1)유리기판을 반응기에 넣고 Zn(C2H5)2의 아연소스를 기상(gas phase)으로 한 것을 반응기 내부로 공급하여 아연소스를 기판에 흡착시킨 후 질소가스(N2)를 퍼징(purging)한 다음 유리기판에 흡착되지 미반응물의 가스를 반응기 외부로 배출(vent)시켰다. (1) Put the glass substrate into the reactor and supply the zinc source of Zn (C 2 H 5 ) 2 into the gas phase into the reactor to adsorb the zinc source to the substrate and purge the nitrogen gas (N 2 ) After purging, the unreacted gas which was not adsorbed on the glass substrate was vented out of the reactor.
(2)상기의 과정 후 산소가스 5sccm 및 질소가스 5sccm를 혼합한 혼합가스를 RF 파워 150W를 이용하여 플라즈마로 형성하여 반응기 내부로 공급하여 기판에 흡착된 아연소스와 반응시켜 기판에 질소가 도핑된 산화아연 박막을 형성한 후 질소가스를 퍼징한 다음 미반응물의 여분의 가스를 반응기 외부로 배출시켰다.(2) After the above process, a mixed gas of oxygen gas 5sccm and nitrogen gas 5sccm was formed into a plasma using RF power 150W, supplied into the reactor, reacted with a zinc source adsorbed on the substrate, and nitrogen was doped to the substrate. After the zinc oxide thin film was formed, nitrogen gas was purged, and excess gas of unreacted material was discharged out of the reactor.
(3)상기의 질소가 도핑된 산화아연 박막을 형성 후 반응기의 온도를 220℃로 8시간 동안 유지하여 산화아연 박막을 성장시켰다.(3) After forming the zinc-doped zinc oxide thin film, the zinc oxide thin film was grown by maintaining the temperature of the reactor at 220 ° C. for 8 hours.
상기의 (1)단계 내지 (3)단계를 반복하여 두께가 276nm인 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막을 제조하였으며, 이 투명 전도막 단면의 FESEM 이미지를 도 2a에 나타내었다.Steps (1) to (3) above were repeated to prepare a zinc oxide doped zinc oxide transparent conductive film having a thickness of 276 nm, and a FESEM image of the transparent conductive film cross section is shown in FIG. 2A.
상기에서 유리기판은 반응기에 놓기 전에 아세톤으로 1차 에탄올로 2차 세척 후 증류수로 3차 세척한 것을 사용하였다.In the above glass substrate, a second washing with primary ethanol with acetone and then a third washing with distilled water was used before placing in the reactor.
상기에서 산소가스 5sccm 및 질소가스 5sccm를 혼합한 혼합가스를 RF 파워 150W를 이용하여 플라즈마로 형성하였을 때 생성되는 기체를 분석한 OES(Optical Emission Spectroscopy) 분석 결과를 도 1에 나타내었다. 도 1에서처럼 산소가스와 질소가스의 혼합가스에 플라즈마 형성시 질소, 산소 및 질소와 산소가 결합한 일산화질소가 있어 이들이 아연소스와 반응하게 되면 질소가 도핑된 산화아연을 형성됨을 알 수 있다.
1 shows the results of OES (Optical Emission Spectroscopy) analysis of the gas generated when the mixed gas of oxygen gas 5sccm and nitrogen gas 5sccm was formed into a plasma using RF power 150W. As shown in FIG. 1, when the plasma is formed in the mixed gas of oxygen gas and nitrogen gas, nitrogen, oxygen, and nitrogen and oxygen are combined with nitrogen, and when they react with the zinc source, it can be seen that nitrogen-doped zinc oxide is formed.
<실시예 2> 질소가 도핑된 산화아연(N-doped ZnO) 투명 전도막 제조Example 2 Preparation of N-doped ZnO Transparent Conductive Film
산소가스 5sccm 및 질소가스 15sccm를 혼합한 혼합가스를 RF 파워 150W를 이용하여 플라즈마로 형성하여 반응기 내부로 공급하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 질소가 도핑되고 두께가 276nm인 산화아연 투명 전도막을 제조하였다.Nitrogen is doped and the thickness is 276 nm using the same method as Example 1 except that a mixed gas of oxygen gas 5 sccm and nitrogen gas 15 sccm is formed into a plasma using RF power 150 W and supplied into the reactor. A zinc oxide transparent conductive film was prepared.
상기에서 제조한 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막의 단면의 FESEM 이미지를 도 2b에 나타내었다.
A FESEM image of a cross section of the prepared nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film is shown in FIG. 2B.
<실시예 3> 질소가 도핑된 산화아연(N-doped ZnO) 투명 전도막 제조Example 3 Preparation of N-doped ZnO Transparent Conductive Film
산소가스 5sccm 및 질소가스 25sccm를 혼합한 혼합가스를 RF 파워 150W를 이용하여 플라즈마로 형성하여 반응기 내부로 공급하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 질소가 도핑되고 두께가 276nm인 산화아연 투명 전도막을 제조하였다.Nitrogen is doped and the thickness is 276 nm using the same method as Example 1 except that a mixed gas of oxygen gas 5 sccm and nitrogen gas 25 sccm is formed into a plasma using RF power 150 W and supplied into the reactor. A zinc oxide transparent conductive film was prepared.
상기에서 제조한 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막의 단면의 FESEM 이미지를 도 2c에 나타내었다.
The FESEM image of the cross section of the prepared nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film is shown in FIG. 2C.
<실시예 4> 질소가 도핑된 산화아연(N-doped ZnO) 투명 전도막 제조Example 4 Preparation of N-doped ZnO Transparent Conductive Film Doped with Nitrogen
산소가스 5sccm 및 질소가스 35sccm를 혼합한 혼합가스를 RF 파워 150W를 이용하여 플라즈마로 형성하여 반응기 내부로 공급하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 질소가 도핑되고 두께가 276nm인 산화아연 투명 전도막을 제조하였다.Nitrogen is doped and the thickness is 276 nm using the same method as Example 1, except that a mixed gas of oxygen gas 5 sccm and nitrogen gas 35 sccm is formed into a plasma using RF power 150 W and supplied into the reactor. A zinc oxide transparent conductive film was prepared.
상기에서 제조한 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막의 단면의 FESEM 이미지를 도 2d에 나타내었다.
The FESEM image of the cross section of the prepared nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film is shown in FIG. 2D.
<비교예 1> 산화아연(ZnO) 투명 전도막 제조 Comparative Example 1 Preparation of Zinc Oxide (ZnO) Transparent Conductive Film
산화아연 박막을 기판에 제조할 때 산소가스와 질소가스의 혼합가스가 아닌 산소가스 5sccm만을 반응기 내부로 공급하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 두께가 276nm인 산화아연 투명 전도막을 제조하였다.
Zinc oxide transparent conduction having a thickness of 276 nm using the same method as Example 1 except for supplying only 5 sccm of oxygen gas, not a mixed gas of oxygen gas and nitrogen gas, into a reactor when preparing a zinc oxide thin film on a substrate. The membrane was prepared.
<시험예 1> XRD(X-Ray Diffraction) 스펙트럼 측정<Test Example 1> XRD (X-Ray Diffraction) spectrum measurement
상기 실시예 1에서 제조한 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막[N-doped ZnO(5sccm)], 실시예 2에서 제조한 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막[N-doped ZnO(15sccm)], 실시예 3에서 제조한 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막[N-doped ZnO(25sccm)], 실시예 4에서 제조한 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막[N-doped ZnO(35sccm)] 및 비교예 1에서 제조한 산화아연 투명 전도막에 대하여 XRD(X-Ray Diffraction) 스펙트럼을 측정하고 그 결과를 도 3에 나타내었다.Nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film prepared in Example 1 [N-doped ZnO (5sccm)], Nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film prepared in Example 2 [N-doped ZnO (15sccm)] Nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film prepared in Example 3 [N-doped ZnO (25sccm)], nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film prepared in Example 4 [N-doped ZnO (35sccm)] And X-ray diffraction (XRD) spectrum of the zinc oxide transparent conductive film prepared in Comparative Example 1 was measured and the results are shown in FIG. 3.
도 3을 통하여 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 4에서 플라즈마 원자층 증착법을 이용하여 제조한 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막이 구조적으로 ZnO(002) 방향으로 우수한 단결정 특성을 가지고 있다는 것을 확인할 수 있었다.
3 shows that the nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film prepared using the plasma atomic layer deposition method in Examples 1 to 4 of the present invention has excellent single crystal structure in the ZnO (002) direction. there was.
<시험예 2> 자외선(UV) 스펙트럼 측정Test Example 2 UV Spectrum Measurement
상기 실시예 1에서 제조한 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막[N-doped ZnO(5sccm)], 실시예 2에서 제조한 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막[N-doped ZnO(15sccm)], 실시예 3에서 제조한 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막[N-doped ZnO(25sccm)], 실시예 4에서 제조한 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막[N-doped ZnO(35sccm)] 및 비교예 1에서 제조한 산화아연 투명 전도막에 대하여 자외선(UV) 스펙트럼을 측정하고 그 결과를 도 4에 나타내었다.Nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film prepared in Example 1 [N-doped ZnO (5sccm)], Nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film prepared in Example 2 [N-doped ZnO (15sccm)] Nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film prepared in Example 3 [N-doped ZnO (25sccm)], nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film prepared in Example 4 [N-doped ZnO (35sccm)] Ultraviolet (UV) spectra of the zinc oxide transparent conductive film prepared in Comparative Example 1 were measured, and the results are shown in FIG. 4.
도 4를 통하여 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 4에서 플라즈마 원자층 증착법을 이용하여 제조한 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막의 투명성이 가시광선 영역에서 95％ 이상을 나타내고 있다는 것을 확인할 수 있었다.
4, it can be seen that in Examples 1 to 4 of the present invention, the transparency of the nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film prepared using the plasma atomic layer deposition method showed 95% or more in the visible region.
<시험예 3> 전기적 특성(저항) 측정Test Example 3 Electrical Characteristics (Resistance) Measurement
상기 실시예 1에서 제조한 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막[N-doped ZnO(5sccm)], 실시예 2에서 제조한 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막[N-doped ZnO(15sccm)], 실시예 3에서 제조한 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막[N-doped ZnO(25sccm)], 실시예 4에서 제조한 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막[N-doped ZnO(35sccm)] 및 비교예 1에서 제조한 산화아연 투명 전도막에 대하여 전기적 특성으로써 저항을 측정하고 그 결과를 아래의 표 1에 나타내었다.Nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film prepared in Example 1 [N-doped ZnO (5sccm)], Nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film prepared in Example 2 [N-doped ZnO (15sccm)] Nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film prepared in Example 3 [N-doped ZnO (25sccm)], nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film prepared in Example 4 [N-doped ZnO (35sccm)] And the zinc oxide transparent conductive film prepared in Comparative Example 1 measured the resistance as an electrical property and the results are shown in Table 1 below.
상기 표 1에 기재된 바와 같이 본 발명의 실시예 1에서 제조한 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막은 비교예 1에서 제조한 산화아연 투면 전도막과 대비시 저항면에서 별 차이가 없으나, 질소 도핑 함량이 실시예 1 보다 많은 실시예 2 내지 실시예 4에서 제조한 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막은 비교예 1의 산화아연 투명 전도막에 비해 저항이 낮아 전도성이 우수함을 알 수 있어, 투명 전도막에 필요한 특성인 전도성이 우수한 산화아연계 투명 전도막을 제공할 수 있음을 알 수 있었다.
As shown in Table 1, the nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film prepared in Example 1 of the present invention has no difference in resistance compared with the zinc oxide transparent conductive film prepared in Comparative Example 1, but the nitrogen doping content The zinc oxide transparent conductive film doped with nitrogen prepared in Examples 2 to 4 more than this Example 1 has a lower resistance than the zinc oxide transparent conductive film of Comparative Example 1, so it can be seen that the conductivity is excellent. It was found that it is possible to provide a zinc oxide transparent conductive film having excellent conductivity, which is a necessary property.
<실시예 5> 질소가 도핑된 두께가 276nm인 산화아연 투명 전도막 제조Example 5 Preparation of Zinc Oxide Transparent Conductive Film with Nitrogen Doped Thickness of 276 nm
(1)유리기판을 반응기에 넣고 Zn(C2H5)2의 아연소스를 기상(gas phase)으로 한 것을 반응기 내부로 공급하여 아연소스를 기판에 흡착시킨 후 질소가스(N2)를 퍼징(purging)한 다음 유리기판에 흡착되지 미반응물의 가스를 반응기 외부로 배출(vent)시켰다. (1) Put the glass substrate into the reactor and supply the zinc source of Zn (C 2 H 5 ) 2 into the gas phase into the reactor to adsorb the zinc source to the substrate and purge the nitrogen gas (N 2 ) After purging, the unreacted gas which was not adsorbed on the glass substrate was vented out of the reactor.
(2)상기의 과정 후 산소가스 5sccm 및 질소가스 25sccm를 혼합한 혼합가스를 RF 파워 150W를 이용하여 플라즈마로 형성하여 반응기 내부로 공급하여 기판에 흡착된 아연소스와 반응시켜 기판에 질소가 도핑된 산화아연 박막을 형성한 후 질소가스를 퍼징한 다음 미반응물의 여분의 가스를 반응기 외부로 배출시켰다.(2) After the above process, a mixed gas of oxygen gas 5sccm and nitrogen gas 25sccm was formed into a plasma using RF power 150W, supplied into the reactor, reacted with a zinc source adsorbed on the substrate, and nitrogen was doped onto the substrate. After the zinc oxide thin film was formed, nitrogen gas was purged, and excess gas of unreacted material was discharged out of the reactor.
(3)상기의 질소가 도핑된 산화아연 박막을 형성 후 반응기의 온도를 220℃로 8시간 동안 유지하여 산화아연 박막을 성장시켰다.(3) After forming the zinc-doped zinc oxide thin film, the zinc oxide thin film was grown by maintaining the temperature of the reactor at 220 ° C. for 8 hours.
상기의 (1)단계 내지 (3)단계를 반복하여 두께가 276nm인 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막을 제조하였으며, 이 투명 전도막 단면의 FESEM 이미지를 도 5a에 나타내었다.
Steps (1) to (3) above were repeated to prepare a zinc oxide doped zinc oxide transparent conductive film having a thickness of 276 nm, and the FESEM image of the transparent conductive film cross section is shown in FIG. 5A.
<실시예 6> 질소가 도핑된 두께가 548nm인 산화아연 투명 전도막 제조Example 6 Preparation of a Zinc Oxide Transparent Conductive Film with a Thickness of 548 nm Doped with Nitrogen
(1)유리기판을 반응기에 넣고 Zn(C2H5)2의 아연소스를 기상(gas phase)으로 한 것을 반응기 내부로 공급하여 아연소스를 기판에 흡착시킨 후 질소가스(N2)를 퍼징(purging)한 다음 유리기판에 흡착되지 미반응물의 가스를 반응기 외부로 배출(vent)시켰다. (1) Put the glass substrate into the reactor and supply the zinc source of Zn (C 2 H 5 ) 2 into the gas phase into the reactor to adsorb the zinc source to the substrate and purge the nitrogen gas (N 2 ) After purging, the unreacted gas which was not adsorbed on the glass substrate was vented out of the reactor.
(2)상기의 과정 후 산소가스 5sccm 및 질소가스 25sccm를 혼합한 혼합가스를 RF 파워 150W를 이용하여 플라즈마로 형성하여 반응기 내부로 공급하여 기판에 흡착된 아연소스와 반응시켜 기판에 질소가 도핑된 산화아연 박막을 형성한 후 질소가스를 퍼징한 다음 미반응물의 여분의 가스를 반응기 외부로 배출시켰다.(2) After the above process, a mixed gas of oxygen gas 5sccm and nitrogen gas 25sccm was formed into a plasma using RF power 150W, supplied into the reactor, reacted with a zinc source adsorbed on the substrate, and nitrogen was doped onto the substrate. After the zinc oxide thin film was formed, nitrogen gas was purged, and excess gas of unreacted material was discharged out of the reactor.
(3)상기의 질소가 도핑된 산화아연 박막을 형성 후 반응기의 온도를 220℃로 16시간 동안 유지하여 산화아연 박막을 성장시켰다.(3) After forming the nitrogen-doped zinc oxide thin film, the zinc oxide thin film was grown by maintaining the reactor temperature at 220 ° C. for 16 hours.
상기의 (1)단계 내지 (3)단계를 반복하여 두께가 548nm인 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막을 제조하였으며, 이 투명 전도막 단면의 FESEM 이미지를 도 5b에 나타내었다.
Steps (1) to (3) above were repeated to prepare a zinc oxide doped zinc oxide transparent conductive film having a thickness of 548 nm, and a FESEM image of the transparent conductive film cross section is shown in FIG. 5B.
<실시예 7> 질소가 도핑된 두께가 925nm인 산화아연 투명 전도막 제조Example 7 Preparation of a Zinc Oxide Transparent Conductive Film with a Thickness of 925 nm Doped with Nitrogen
(1)유리기판을 반응기에 넣고 Zn(C2H5)2의 아연소스를 기상(gas phase)으로 한 것을 반응기 내부로 공급하여 아연소스를 기판에 흡착시킨 후 질소가스(N2)를 퍼징(purging)한 다음 유리기판에 흡착되지 미반응물의 가스를 반응기 외부로 배출(vent)시켰다. (1) Put the glass substrate into the reactor and supply the zinc source of Zn (C 2 H 5 ) 2 into the gas phase into the reactor to adsorb the zinc source to the substrate and purge the nitrogen gas (N 2 ) After purging, the unreacted gas which was not adsorbed on the glass substrate was vented out of the reactor.
(2)상기의 과정 후 산소가스 5sccm 및 질소가스 25sccm를 혼합한 혼합가스를 RF 파워 150W를 이용하여 플라즈마로 형성하여 반응기 내부로 공급하여 기판에 흡착된 아연소스와 반응시켜 기판에 질소가 도핑된 산화아연 박막을 형성한 후 질소가스를 퍼징한 다음 미반응물의 여분의 가스를 반응기 외부로 배출시켰다.(2) After the above process, a mixed gas of oxygen gas 5sccm and nitrogen gas 25sccm was formed into a plasma using RF power 150W, supplied into the reactor, reacted with a zinc source adsorbed on the substrate, and nitrogen was doped onto the substrate. After the zinc oxide thin film was formed, nitrogen gas was purged, and excess gas of unreacted material was discharged out of the reactor.
(3)상기의 질소가 도핑된 산화아연 박막을 형성 후 반응기의 온도를 220℃로 24시간 동안 유지하여 산화아연 박막을 성장시켰다.(3) After forming the nitrogen-doped zinc oxide thin film, the zinc oxide thin film was grown by maintaining the temperature of the reactor at 220 ℃ for 24 hours.
상기의 (1)단계 내지 (3)단계를 반복하여 두께가 925nm인 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막을 제조하였으며, 이 투명 전도막 단면의 FESEM 이미지를 도 5c에 나타내었다.
Steps (1) to (3) above were repeated to prepare a zinc oxide doped zinc oxide transparent conductive film having a thickness of 925 nm, and the FESEM image of the transparent conductive film cross section is shown in FIG. 5C.
<시험예 4> XRD(X-Ray Diffraction) 스펙트럼 측정Test Example 4 X-Ray Diffraction Spectrum Measurement
상기 실시예 5에서 제조한 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막[N-doped ZnO 276nm], 실시예 6에서 제조한 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막[N-doped ZnO 548nm], 실시예 7에서 제조한 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막[N-doped ZnO 925nm]에 대하여 XRD(X-Ray Diffraction) 스펙트럼을 측정하고 그 결과를 도 6에 나타내었다.Nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film [N-doped ZnO 276nm] prepared in Example 5, nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film [N-doped ZnO 548nm] prepared in Example 6, Example 7 XRD (X-Ray Diffraction) spectra of the nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film [N-doped ZnO 925nm] prepared in the above were measured and the results are shown in FIG. 6.
도 6을 통하여 본 발명의 실시예 5 내지 실시예 7에서 플라즈마 원자층 증착법을 이용하여 제조한 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막이 구조적으로 ZnO(002) 방향으로 우수한 단결정 특성을 가지고 있다는 것을 확인할 수 있었다.
6 shows that the nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film prepared using the plasma atomic layer deposition method in Examples 5 to 7 of the present invention has excellent single crystal characteristics in the ZnO (002) direction. there was.
<시험예 5> 자외선(UV) 스펙트럼 측정Test Example 5 UV Spectrum Measurement
상기 실시예 5에서 제조한 산화아연 투명 전도막[N-doped ZnO 276nm], 실시예 6에서 제조한 산화아연 투명 전도막[N-doped ZnO 548nm], 실시예 7에서 제조한 산화아연 투명 전도막[N-doped ZnO 925nm]에 대하여 XRD(X-Ray Diffraction) 스펙트럼을 측정하고 그 결과를 도 7에 나타내었다.Zinc oxide transparent conductive film prepared in Example 5 [N-doped ZnO 276nm], zinc oxide transparent conductive film prepared in Example 6 [N-doped ZnO 548nm], zinc oxide transparent conductive film prepared in Example 7 X-Ray Diffraction (XRD) spectra were measured for [N-doped
도 7을 통하여 본 발명의 실시예 5 내지 실시예 7에서 플라즈마 원자층 증착법을 이용하여 제조한 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막의 투명성이 투명 전도막의 두께에 관계없이 가시광선 영역에서 95％ 이상을 나타내고 있다는 것을 확인할 수 있었다.
7, the transparency of the nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film prepared using the plasma atomic layer deposition method in Examples 5 to 7 of the present invention is not less than 95% in the visible region irrespective of the thickness of the transparent conductive film It was confirmed that it was shown.
<시험예 6> 전기적 특성(저항) 측정Test Example 6 Measurement of Electrical Characteristics (Resistance)
상기 실시예 5에서 제조한 산화아연 투명 전도막[N-doped ZnO 276nm], 실시예 6에서 제조한 산화아연 투명 전도막[N-doped ZnO 548nm], 실시예 7에서 제조한 산화아연 투명 전도막[N-doped ZnO 925nm]에 대하여 전기적 특성으로써 저항을 측정하고 그 결과를 아래의 표 2에 나타내었다.Zinc oxide transparent conductive film prepared in Example 5 [N-doped ZnO 276nm], zinc oxide transparent conductive film prepared in Example 6 [N-doped ZnO 548nm], zinc oxide transparent conductive film prepared in Example 7 For [N-doped ZnO 925nm], the resistance was measured as an electrical property and the results are shown in Table 2 below.
상기 표 2에 기재된 바와 같이 본 발명의 실시예 5 내지 실시예 7에서 질소가 도핑되고 두께가 276nm 내지 925nm인 산화아연 투명 전도막은 산화아연 투명 전도막의 두께에 따라 저항이 138∼1200Ω/□이 되어 상기 표 1에 기재된 비교예 1의 투명 전도막에 비해 대체적으로 낮은 저항을 나타내어 전도성이 우수함을 알 수 있어, 투명 전도막에 필요한 특성인 전도성이 우수한 산화아연계 투명 전도막을 제공할 수 있음을 알 수 있었다.
As described in Table 2, in Examples 5 to 7 of the present invention, the zinc oxide transparent conductive film having nitrogen doping and having a thickness of 276 nm to 925 nm has a resistance of 138 to 1200 Ω / □ depending on the thickness of the zinc oxide transparent conductive film. Compared with the transparent conductive film of Comparative Example 1 described in Table 1, it can be seen that the conductivity is excellent because of the generally low resistance, it can be seen that it can provide a zinc oxide transparent conductive film having excellent conductivity, which is a characteristic required for the transparent conductive film. Could.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예 및 시험예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the following claims. It will be understood that the invention may be modified and varied without departing from the scope of the invention.
본 발명에 의해 제조한 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막은 박막의 두께가 균일하고, 낮은 저항과 광투과성이 95％ 이상의 고품위의 투명 전도막을 제공할 수 있으며 또한 인체에 무해하고 저렴한 질소를 도핑함으로써 디스플레이, 태양전지 모듈의 전극, 태양전지 모듈의 전면부 전극, TV, 컴퓨터, 모니터, 핸드폰, 스마트폰 등의 소재로 사용될 수 있으므로 산업상 이용가능성이 있다.The nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film prepared according to the present invention can provide a high-quality transparent conductive film with a uniform thickness of a thin film, low resistance and light transmittance of 95% or more, and by doping nitrogen which is harmless to the human body and inexpensive. Since the display, the electrode of the solar cell module, the front electrode of the solar cell module, TV, computer, monitor, mobile phones, smart phones and the like can be used as a material, there is industrial applicability.
Claims (8)
(2)상기의 아연소스가 흡착된 기판에 산소가스 5sccm에 대하여 질소가스 1 5∼35sccm를 혼합한 혼합가스를 플라즈마 원자층 증착법(PEALD)에 의한 플라즈마 형태로 공급하여 기판에 흡착된 아연소스와 반응시켜 질소가 도핑된 산화아연 박막을 형성하는 단계;
(3)반응기의 온도를 120∼250℃으로 8∼24시간 동안 유지하여 상기의 형성된 질소가 도핑된 산화아연 박막을 성장시키는 단계;
(4)상기 (1)단계 내지 (3)단계를 더 실시하여 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막의 두께를 250nm∼950nm로 조절하는 것을 특징으로 하는 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막의 제조방법.(1) a gas source containing a zinc source of an organometallic compound comprising at least one of zinc (Zn) selected from Zn (C 2 H 5 ) 2 and Zn (CH 3 ) 2 on a substrate placed inside the reactor; adsorbing a zinc source to the substrate by supplying it in a phase);
(2) the zinc source adsorbed on the substrate by supplying a mixed gas of nitrogen gas 1 5 to 35 sccm with respect to the oxygen gas 5 sccm to the substrate adsorbed on the substrate by plasma atomic layer deposition (PEALD); Reacting to form a zinc oxide thin film doped with nitrogen;
(3) maintaining the temperature of the reactor at 120-250 ° C. for 8-24 hours to grow the formed nitrogen-doped zinc oxide thin film;
(4) The method of manufacturing a nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film, further comprising the steps (1) to (3), to adjust the thickness of the nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film to 250 nm to 950 nm.
(1)단계의 아연 소스를 기판에 흡착시킨 후의 공정 및 (2)단계의 질소가 도핑된 산화아연 박막 형성 후의 공정 중에서 선택된 어느 하나 이상의 공정 이후에 질소가스 공급의 퍼징(purging)에 의해 미반응물을 반응기 외부로 배출(vent)시키는 단계를 추가로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막의 제조방법.The method of claim 1,
Unreacted material by purging the nitrogen gas supply after at least one process selected from the step of adsorbing the zinc source of step (1) to the substrate and the step of forming the nitrogen oxide doped zinc oxide step of step (2). The method of manufacturing a nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film further comprises the step of venting (vent) to the outside of the reactor.
기판은 유리기판, 실리콘기판, 폴리이미드(polyimide)기판, 폴리에테르이미드(polyetherimide)기판, 폴리카보네이트(polycarbonate)기판, 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylenenapthalate)기판, 폴리에스터(polyester)기판, 폴리에테르설폰(polyethersulfone)기판 중에서 선택된 어느 하나이되, 상기 기판은 반응기에 놓기 전에 아세톤, 증류수, 탄소수가 1∼10개인 알코올 중에서 선택된 어느 하나 이상의 용액으로 세척한 것 임을 특징으로 하는 질소가 도핑된 산화아연 투명 전도막의 제조방법.The method of claim 1,
Substrates include glass substrates, silicon substrates, polyimide substrates, polyetherimide substrates, polycarbonate substrates, polyethylenenapthalate substrates, polyester substrates, polyethersulfone Preparation of nitrogen-doped zinc oxide transparent conductive film, characterized in that any one selected from the substrate, wherein the substrate is washed with any one or more solutions selected from acetone, distilled water, alcohol having 1 to 10 carbon atoms before placing in the reactor Way.
소재는 디스플레이, 태양전지 모듈의 전극, TV, 컴퓨터, 모니터, 핸드폰, 스마트폰 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 소재.The method of claim 7, wherein
The material is any one selected from a display, an electrode of a solar cell module, a TV, a computer, a monitor, a mobile phone, a smartphone.
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| JP2001068707A (en) * | 1999-08-27 | 2001-03-16 | Univ Osaka | Conductive material, manufacture thereof, conductive thin-film, and composite film |
| KR100721055B1 (en) * | 2005-08-27 | 2007-05-25 | 인하대학교 산학협력단 | Fabrication Method for p-Type Zinc Oxide Thin Films by Atomic Layer Deposition |
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2011
- 2011-04-07 KR KR1020110032133A patent/KR101263239B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
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