KR101337297B1 - 높은 전하 이동도를 갖는 산화물 반도체 제조 시스템 및 방법 - Google Patents

높은 전하 이동도를 갖는 산화물 반도체 제조 시스템 및 방법 Download PDF

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KR101337297B1
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김태훈
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홍광택
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Abstract

본 발명은 산화물 반도체를 제조하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에서는 BaSnO3에 불순물 주입을 통해 전하를 유도하면서도 불순물에 의한 산란을 최소화하기 위해 Ba 자리에 La을 치환함으로써 높은 전하 이동도를 얻는다. 본 발명에서는 시작 물질로 BaCO3, SnO2, La2O3를 사용하여 (Ba,La)SnO3 단결정을 합성하는 방법과 시작 물질로 다결정 BaSnO3를 사용하여 (Ba,La)SnO3 단결정을 합성하는 방법을 제안한다.

Description

높은 전하 이동도를 갖는 산화물 반도체 제조 시스템 및 방법 {System and method for manufacturing oxide semiconductor with high charge carrier mobility}
본 발명은 산화물 반도체를 제조하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 높은 전하 이동도를 갖는 산화물 반도체를 제조하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
오늘날 투명 전극 물질로 주석(Sn)이 도핑된 In2O3(ITO)가 널리 사용되고 있다. 그런데 인듐(In)이 희소해지면서 인듐을 포함하는 투명 전극 물질의 제조 비용이 점차 증가하고 있다. 이 문제점을 해결하기 위해 최근 들어 인듐을 포함하지 않는 투명 전극 물질에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
이러한 연구의 일환으로 투명 능동 소자에 대한 수요가 많아지면서 투명 산화물 반도체에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 투명 산화물 반도체는 ZnO, SnO2, TiO2, CdO, Ga2O3 등 불순물이 주입된 이원계 산화물이나 Cd2SnO4 등 삼원계 산화물로부터 얻을 수 있다. 그런데 이러한 산화물은 전하가 이동하는 통로에 불순물이 주입되어 있기 때문에 불순물에 의한 산란 효과가 크며, 이로 인해 전하 이동도가 낮아지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 바륨(barium) 성분과 주석(stannum) 성분이 포함된 산화물에 란탄족(lanthanoids) 성분이나 이트륨(yttrium) 성분이 도핑된 물질을 이용하여 산화물 반도체를 제조하는 시스템 및 방법을 제안함을 목적으로 한다.
본 발명은 산화물 반도체를 제조할 때에 BaSnO3에 La을 도핑한 물질을 이용한다. 본 발명은 전도 채널(conduction channel)이 SnO2로 이루어진 BaSnO3에서 Ba 자리에 La이 도핑된 물질을 이용함으로써 불순물의 위치가 conduction channel에서 빗겨나 있어서 불순물에 의한 전자의 충돌(ionized-dopant scattering)을 최소화되는 원리를 따른다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위해 안출된 것으로서, 바륨(Ba) 성분이 포함된 산화물, 주석(Sn) 성분이 포함된 산화물, 란탄족 성분이나 이트륨(Y) 성분이 포함된 산화물, 및 용제(flux)가 혼합된 혼합물을 생성하는 혼합물 생성부; 상기 란탄족 성분이나 상기 이트륨 성분이 상기 바륨 성분 자리에 도핑된 상기 혼합물을 온도, 속도 및 시간 중 적어도 하나의 조건에 따라 가열시키고 냉각시켜 상기 혼합물을 성장시키는 혼합물 성장부; 성장된 혼합물로부터 상기 용제를 제거하는 용제 제거부; 및 상기 용제가 제거된 혼합물을 이용하여 상기 란탄족 성분이나 상기 이트륨 성분이 상기 바륨 성분과 함께 포함된 산화물 반도체를 제조하는 산화물 반도체 제조부를 포함하는 것을 특징으로 하는 높은 전하 이동도를 갖는 산화물 반도체 제조 시스템을 제안한다. 본 시스템을 통해 제조된 산화물 반도체는 주된 전도 영역이 주석과 산소로 이루어져 있다. 그리고 그 전도 영역으로부터 일정 거리 떨어져 있는 바륨 자리에 란탄이 도핑된다. 본 시스템을 통해 제조된 산화물 반도체는 이러한 구조를 통해 불순물에 의한 ionized impurity scattering을 최소화한 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 혼합물 생성부는 상기 용제로 구리(Cu) 성분이 포함된 산화물, 칼륨(K) 성분이 포함된 화합물, 및 납(Pb) 성분이 포함된 산화물 중 어느 하나의 물질을 이용한다.
바람직하게는, 상기 용제로 상기 구리 성분이 포함된 산화물이나 상기 납 성분이 포함된 산화물을 이용할 때, 상기 혼합물 생성부는 상기 바륨 성분이 포함된 산화물 1몰에 대하여 상기 란탄족 성분이나 상기 이트륨 성분이 포함된 산화물, 상기 주석 성분이 포함된 산화물 및 상기 용제를 각각 0 초과 ~ 0.3 이하, 0.7 이상 ~ 1 이하 및 5 이상 ~ 100 이하의 몰비율로 혼합시키며, 상기 용제로 상기 칼륨 성분이 포함된 화합물을 이용할 때, 상기 혼합물 생성부는 상기 바륨 성분이 포함된 산화물 1몰에 대하여 상기 란탄족 성분이나 상기 이트륨 성분이 포함된 산화물, 상기 주석 성분이 포함된 산화물 및 상기 용제를 각각 0 초과 ~ 0.3 이하, 0.7 이상 ~ 1 이하 및 6 이상 ~ 100 이하의 몰비율로 혼합시킨다.
바람직하게는, 상기 용제 제거부는 상기 용제를 침식(erosion)시키는 용매를 이용하여 상기 성장된 혼합물로부터 상기 용제를 제거한다.
바람직하게는, 상기 용제로 상기 구리 성분이 포함된 산화물을 이용할 때, 상기 용제 제거부는 상기 용매로 질산이나 염산을 이용하며, 상기 용제로 상기 납 성분이 포함된 산화물이나 상기 칼륨 성분이 포함된 화합물을 이용할 때, 상기 용제 제거부는 상기 용매로 질산이나 물을 이용한다.
바람직하게는, 상기 혼합물 성장부는, 제1 설정 온도에 도달할 때까지 제1 속도로 온도가 상승하도록 상기 혼합물을 가열시키는 혼합물 가열부; 상기 제1 설정 온도에 도달하면 제1 시간동안 상기 혼합물의 상태를 관찰하는 혼합물 관찰부; 및 상기 제1 시간이 경과하면 제2 설정 온도에 도달할 때까지 상기 제1 속도보다 느린 제2 속도로 온도가 하강하도록 상기 혼합물을 냉각시켜 상기 혼합물을 성장시키는 혼합물 냉각부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 용제로 상기 구리 성분이 포함된 산화물을 이용할 때, 상기 혼합물 가열부는 상기 제1 설정 온도로 1200~1300℃를 이용하고 상기 제1 속도로 100~300℃/hr를 이용하며, 상기 혼합물 관찰부는 상기 제1 시간으로 6~24시간을 이용하며, 상기 혼합물 냉각부는 상기 제2 설정 온도로 900~1000℃를 이용하고 상기 제2 속도로 0.5~3℃/hr를 이용하며,
상기 용제로 상기 칼륨 성분이 포함된 화합물을 이용할 때, 상기 혼합물 가열부는 상기 제1 설정 온도로 900~1160℃를 이용하고 상기 제1 속도로 100~300℃/hr를 이용하며, 상기 혼합물 관찰부는 상기 제1 시간으로 6~24시간을 이용하며, 상기 혼합물 냉각부는 상기 제2 설정 온도로 600~750℃를 이용하고 상기 제2 속도로 0.5~3℃/hr를 이용하며,
상기 용제로 상기 납 성분이 포함된 산화물을 이용할 때, 상기 혼합물 가열부는 상기 제1 설정 온도로 1100~1200℃를 이용하고 상기 제1 속도로 100~300℃/hr를 이용하며, 상기 혼합물 관찰부는 상기 제1 시간으로 6~24시간을 이용하며, 상기 혼합물 냉각부는 상기 제2 설정 온도로 700~900℃를 이용하고 상기 제2 속도로 0.5~3℃/hr를 이용한다.
바람직하게는, 상기 산화물 반도체 제조 시스템은 상기 혼합물을 용기에 저장시키는 혼합물 저장부; 및 상기 혼합물이 저장된 용기를 고온로 내부로 이송시키는 용기 이송부를 더욱 포함하며, 상기 혼합물 성장부는 상기 고온로 내부에서 상기 혼합물을 성장시킨다.
바람직하게는, 상기 산화물 반도체 제조부는 상기 산화물 반도체로 투명한 산화물 반도체를 제조하거나, 상기 산화물 반도체 제조 시스템은 제조된 산화물 반도체를 반도체 소자의 동작 속도를 향상시키려고 할 때 기판으로 이용하거나 태양 전지나 디스플레이 장치를 제조할 때 이용한다.
또한 본 발명은 바륨(Ba) 성분이 포함된 산화물, 주석(Sn) 성분이 포함된 산화물, 란탄족 성분이나 이트륨(Y) 성분이 포함된 산화물, 및 용제(flux)가 혼합된 혼합물을 생성하는 혼합물 생성 단계; 상기 란탄족 성분이나 상기 이트륨 성분이 상기 바륨 성분 자리에 도핑된 상기 혼합물을 온도, 속도 및 시간 중 적어도 하나의 조건에 따라 가열시키고 냉각시켜 상기 혼합물을 성장시키는 혼합물 성장 단계; 성장된 혼합물로부터 상기 용제를 제거하는 용제 제거 단계; 및 상기 용제가 제거된 혼합물을 이용하여 상기 란탄족 성분이나 상기 이트륨 성분이 상기 바륨 성분과 함께 포함된 산화물 반도체를 제조하는 산화물 반도체 제조 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 높은 전하 이동도를 갖는 산화물 반도체 제조 방법을 제안한다.
바람직하게는, 상기 혼합물 생성 단계는 상기 용제로 구리(Cu) 성분이 포함된 산화물, 칼륨(K) 성분이 포함된 화합물, 및 납(Pb) 성분이 포함된 산화물 중 어느 하나의 물질을 이용한다.
바람직하게는, 상기 용제로 상기 구리 성분이 포함된 산화물이나 상기 납 성분이 포함된 산화물을 이용할 때, 상기 혼합물 생성 단계는 상기 바륨 성분이 포함된 산화물 1몰에 대하여 상기 란탄족 성분이나 상기 이트륨 성분이 포함된 산화물, 상기 주석 성분이 포함된 산화물 및 상기 용제를 각각 0 초과 ~ 0.3 이하, 0.7 이상 ~ 1 이하 및 5 이상 ~ 100 이하의 몰비율로 혼합시키며, 상기 용제로 상기 칼륨 성분이 포함된 화합물을 이용할 때, 상기 혼합물 생성 단계는 상기 바륨 성분이 포함된 산화물 1몰에 대하여 상기 란탄족 성분이나 상기 이트륨 성분이 포함된 산화물, 상기 주석 성분이 포함된 산화물 및 상기 용제를 각각 0 초과 ~ 0.3 이하, 0.7 이상 ~ 1 이하 및 6 이상 ~100 이하의 몰비율로 혼합시킨다.
바람직하게는, 상기 용제 제거 단계는 상기 용제를 침식(erosion)시키는 용매를 이용하여 상기 성장된 혼합물로부터 상기 용제를 제거한다.
바람직하게는, 상기 용제로 상기 구리 성분이 포함된 산화물을 이용할 때, 상기 용제 제거 단계는 상기 용매로 질산이나 염산을 이용하며, 상기 용제로 상기 납 성분이 포함된 산화물이나 상기 칼륨 성분이 포함된 화합물을 이용할 때, 상기 용제 제거 단계는 상기 용매로 질산이나 물을 이용한다.
바람직하게는, 상기 혼합물 성장 단계는, 제1 설정 온도에 도달할 때까지 제1 속도로 온도가 상승하도록 상기 혼합물을 가열시키는 혼합물 가열 단계; 상기 제1 설정 온도에 도달하면 제1 시간동안 상기 혼합물의 상태를 관찰하는 혼합물 관찰 단계; 및 상기 제1 시간이 경과하면 제2 설정 온도에 도달할 때까지 상기 제1 속도보다 느린 제2 속도로 온도가 하강하도록 상기 혼합물을 냉각시켜 상기 혼합물을 성장시키는 혼합물 냉각 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 용제로 상기 구리 성분이 포함된 산화물을 이용할 때, 상기 혼합물 가열 단계는 상기 제1 설정 온도로 1200~1300℃를 이용하고 상기 제1 속도로 100~300℃/hr를 이용하며, 상기 혼합물 관찰 단계는 상기 제1 시간으로 6~24시간을 이용하며, 상기 혼합물 냉각 단계는 상기 제2 설정 온도로 900~1000℃를 이용하고 상기 제2 속도로 0.5~3℃/hr를 이용하며,
상기 용제로 상기 칼륨 성분이 포함된 화합물을 이용할 때, 상기 혼합물 가열 단계는 상기 제1 설정 온도로 900~1160℃를 이용하고 상기 제1 속도로 100~300℃/hr를 이용하며, 상기 혼합물 관찰 단계는 상기 제1 시간으로 6~24시간을 이용하며, 상기 혼합물 냉각 단계는 상기 제2 설정 온도로 600~750℃를 이용하고 상기 제2 속도로 0.5~3℃/hr를 이용하며,
상기 용제로 상기 납 성분이 포함된 산화물을 이용할 때, 상기 혼합물 가열 단계는 상기 제1 설정 온도로 1100~1200℃를 이용하고 상기 제1 속도로 100~300℃/hr를 이용하며, 상기 혼합물 관찰 단계는 상기 제1 시간으로 6~24시간을 이용하며, 상기 혼합물 냉각 단계는 상기 제2 설정 온도로 700~900℃를 이용하고 상기 제2 속도로 0.5~3℃/hr를 이용한다.
바람직하게는, 상기 산화물 반도체 제조 방법은 상기 혼합물을 용기에 저장시키는 혼합물 저장 단계; 및 상기 혼합물이 저장된 용기를 고온로 내부로 이송시키는 용기 이송 단계를 더욱 포함하며, 상기 혼합물 성장 단계는 상기 고온로 내부에서 상기 혼합물을 성장시킨다.
바람직하게는, 상기 산화물 반도체 제조 단계는 상기 산화물 반도체로 투명한 산화물 반도체를 제조하거나, 상기 산화물 반도체 제조 방법은 제조된 산화물 반도체를 반도체 소자의 동작 속도를 향상시키려고 할 때 기판 제작에 이용되거나 태양 전지나 디스플레이 장치를 제조할 때 이용된다.
또한 본 발명은 바륨(Ba) 성분과 주석(Sn) 성분이 포함된 산화물에 란탄족 성분이나 이트륨(Y) 성분이 도핑된 다금속 산화물을 용제(flux)와 혼합시켜 혼합물을 생성하는 혼합물 생성부; 상기 혼합물을 온도, 속도 및 시간 중 적어도 하나의 조건에 따라 가열시키고 냉각시켜 상기 혼합물을 성장시키는 혼합물 성장부; 성장된 혼합물로부터 상기 용제를 제거하는 용제 제거부; 및 상기 용제가 제거된 혼합물을 이용하여 상기 란탄족 성분이나 상기 이트륨 성분이 상기 바륨 성분과 함께 포함된 산화물 반도체를 제조하는 산화물 반도체 제조부를 포함하는 것을 특징으로 하는 높은 전하 이동도를 갖는 산화물 반도체 제조 시스템을 제안한다.
바람직하게는, 상기 혼합물 생성부는 다음 수식에 따른 성분비로 상기 란탄족 성분이나 상기 이트륨 성분이 상기 바륨 성분 자리에 도핑된 산화물을 다금속 산화물로 이용한다.
[수식]
바륨 성분비 : 란탄족 성분비 or 이트륨 성분비 = 1-x : x (여기서, 0 < x ≤ 0.3)
바람직하게는, 상기 산화물 반도체 제조 시스템은 고체상 반응(solid state reaction)을 이용하여 상기 바륨 성분, 상기 란탄족 성분과 상기 이트륨 성분 중 어느 하나의 성분, 및 상기 주석 성분을 합성시켜 상기 다금속 산화물을 생성하는 산화물 생성부를 더욱 포함한다.
바람직하게는, 상기 혼합물 생성부는 상기 용제로 구리(Cu) 성분이 포함된 산화물, 칼륨(K) 성분이 포함된 화합물, 및 납(Pb) 성분이 포함된 산화물 중 어느 하나의 물질을 이용한다.
바람직하게는, 상기 용제로 상기 구리 성분이 포함된 산화물이나 상기 납 성분이 포함된 산화물을 이용할 때, 상기 혼합물 생성부는 상기 다금속 산화물 1몰에 대하여 상기 용제를 5~100의 몰비율로 혼합시키며, 상기 용제로 상기 칼륨 성분이 포함된 화합물을 이용할 때, 상기 혼합물 생성부는 상기 다금속 산화물 1몰에 대하여 상기 용제를 6~100의 몰비율로 혼합시킨다.
바람직하게는, 상기 용제 제거부는 상기 용제를 침식(erosion)시키는 용매를 이용하여 상기 성장된 혼합물로부터 상기 용제를 제거한다.
바람직하게는, 상기 용제로 상기 구리 성분이 포함된 산화물을 이용할 때, 상기 용제 제거부는 상기 용매로 질산이나 염산을 이용하며, 상기 용제로 상기 납 성분이 포함된 산화물이나 상기 칼륨 성분이 포함된 화합물을 이용할 때, 상기 용제 제거부는 상기 용매로 질산이나 물을 이용한다.
바람직하게는, 상기 혼합물 성장부는, 제1 설정 온도에 도달할 때까지 제1 속도로 온도가 상승하도록 상기 혼합물을 가열시키는 혼합물 가열부; 상기 제1 설정 온도에 도달하면 제1 시간동안 상기 혼합물의 상태를 관찰하는 혼합물 관찰부; 및 상기 제1 시간이 경과하면 제2 설정 온도에 도달할 때까지 상기 제1 속도보다 느린 제2 속도로 온도가 하강하도록 상기 혼합물을 냉각시켜 상기 혼합물을 성장시키는 혼합물 냉각부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 용제로 상기 구리 성분이 포함된 산화물을 이용할 때, 상기 혼합물 가열부는 상기 제1 설정 온도로 1200~1300℃를 이용하고 상기 제1 속도로 100~300℃/hr를 이용하며, 상기 혼합물 관찰부는 상기 제1 시간으로 6~24시간을 이용하며, 상기 혼합물 냉각부는 상기 제2 설정 온도로 900~1000℃를 이용하고 상기 제2 속도로 0.5~3℃/hr를 이용하며,
상기 용제로 상기 칼륨 성분이 포함된 화합물을 이용할 때, 상기 혼합물 가열부는 상기 제1 설정 온도로 900~1160℃를 이용하고 상기 제1 속도로 100~300℃/hr를 이용하며, 상기 혼합물 관찰부는 상기 제1 시간으로 6~24시간을 이용하며, 상기 혼합물 냉각부는 상기 제2 설정 온도로 600~750℃를 이용하고 상기 제2 속도로 0.5~3℃/hr를 이용하며,
상기 용제로 상기 납 성분이 포함된 산화물을 이용할 때, 상기 혼합물 가열부는 상기 제1 설정 온도로 1100~1200℃를 이용하고 상기 제1 속도로 100~300℃/hr를 이용하며, 상기 혼합물 관찰부는 상기 제1 시간으로 6~24시간을 이용하며, 상기 혼합물 냉각부는 상기 제2 설정 온도로 700~900℃를 이용하고 상기 제2 속도로 0.5~3℃/hr를 이용한다.
바람직하게는, 상기 산화물 반도체 제조 시스템은 상기 혼합물을 용기에 저장시키는 혼합물 저장부; 및 상기 혼합물이 저장된 용기를 고온로 내부로 이송시키는 용기 이송부를 더욱 포함하며, 상기 혼합물 성장부는 상기 고온로 내부에서 상기 혼합물을 성장시킨다.
바람직하게는, 상기 산화물 반도체 제조부는 상기 산화물 반도체로 투명한 산화물 반도체를 제조하거나, 상기 산화물 반도체 제조 시스템은 제조된 산화물 반도체를 반도체 소자의 동작 속도를 향상시키려고 할 때 기판으로 이용하거나 태양 전지나 디스플레이 장치를 제조할 때 이용한다.
또한 본 발명은 바륨(Ba) 성분과 주석(Sn) 성분이 포함된 산화물에 란탄족 성분이나 이트륨(Y) 성분이 도핑된 다금속 산화물을 용제(flux)와 혼합시켜 혼합물을 생성하는 혼합물 생성 단계; 상기 혼합물을 온도, 속도 및 시간 중 적어도 하나의 조건에 따라 가열시키고 냉각시켜 상기 혼합물을 성장시키는 혼합물 성장 단계; 성장된 혼합물로부터 상기 용제를 제거하는 용제 제거 단계; 및 상기 용제가 제거된 혼합물을 이용하여 상기 란탄족 성분이나 상기 이트륨 성분이 상기 바륨 성분과 함께 포함된 산화물 반도체를 제조하는 산화물 반도체 제조 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 높은 전하 이동도를 갖는 산화물 반도체 제조 방법을 제안한다.
바람직하게는, 상기 혼합물 생성 단계는 다음 수식에 따른 성분비로 상기 란탄족 성분이나 상기 이트륨 성분이 상기 바륨 성분 자리에 도핑된 산화물을 상기 다금속 산화물로 이용한다.
[수식]
바륨 성분비 : 란탄족 성분비 or 이트륨 성분비 = 1-x : x (여기서, 0 < x ≤ 0.3)
바람직하게는, 상기 산화물 반도체 제조 방법은 고체상 반응(solid state reaction)을 이용하여 상기 바륨 성분, 상기 란탄족 성분과 상기 이트륨 성분 중 어느 하나의 성분, 및 상기 주석 성분을 합성시켜 상기 다금속 산화물을 생성하는 산화물 생성 단계를 더욱 포함한다.
바람직하게는, 상기 혼합물 생성 단계는 상기 용제로 구리(Cu) 성분이 포함된 산화물, 칼륨(K) 성분이 포함된 화합물, 및 납(Pb) 성분이 포함된 산화물 중 어느 하나의 물질을 이용한다.
바람직하게는, 상기 용제로 상기 구리 성분이 포함된 산화물이나 상기 납 성분이 포함된 산화물을 이용할 때, 상기 혼합물 생성 단계는 상기 다금속 산화물 1몰에 대하여 상기 용제를 5~100의 몰비율로 혼합시키며, 상기 용제로 상기 칼륨 성분이 포함된 화합물을 이용할 때, 상기 혼합물 생성 단계는 상기 다금속 산화물 1몰에 대하여 상기 용제를 6~100의 몰비율로 혼합시킨다.
바람직하게는, 상기 용제 제거 단계는 상기 용제를 침식(erosion)시키는 용매를 이용하여 상기 성장된 혼합물로부터 상기 용제를 제거한다.
바람직하게는, 상기 용제로 상기 구리 성분이 포함된 산화물을 이용할 때, 상기 용제 제거 단계는 상기 용매로 질산이나 염산을 이용하며, 상기 용제로 상기 납 성분이 포함된 산화물이나 상기 칼륨 성분이 포함된 화합물을 이용할 때, 상기 용제 제거 단계는 상기 용매로 질산이나 물을 이용한다.
바람직하게는, 상기 혼합물 성장 단계는, 제1 설정 온도에 도달할 때까지 제1 속도로 온도가 상승하도록 상기 혼합물을 가열시키는 혼합물 가열 단계; 상기 제1 설정 온도에 도달하면 제1 시간동안 상기 혼합물의 상태를 관찰하는 혼합물 관찰 단계; 및 상기 제1 시간이 경과하면 제2 설정 온도에 도달할 때까지 상기 제1 속도보다 느린 제2 속도로 온도가 하강하도록 상기 혼합물을 냉각시켜 상기 혼합물을 성장시키는 혼합물 냉각 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 용제로 상기 구리 성분이 포함된 산화물을 이용할 때, 상기 혼합물 가열 단계는 상기 제1 설정 온도로 1200~1300℃를 이용하고 상기 제1 속도로 100~300℃/hr를 이용하며, 상기 혼합물 관찰 단계는 상기 제1 시간으로 6~24시간을 이용하며, 상기 혼합물 냉각 단계는 상기 제2 설정 온도로 900~1000℃를 이용하고 상기 제2 속도로 0.5~3℃/hr를 이용하며,
상기 용제로 상기 칼륨 성분이 포함된 화합물을 이용할 때, 상기 혼합물 가열 단계는 상기 제1 설정 온도로 900~1160℃를 이용하고 상기 제1 속도로 100~300℃/hr를 이용하며, 상기 혼합물 관찰 단계는 상기 제1 시간으로 6~24시간을 이용하며, 상기 혼합물 냉각 단계는 상기 제2 설정 온도로 600~750℃를 이용하고 상기 제2 속도로 0.5~3℃/hr를 이용하며,
상기 용제로 상기 납 성분이 포함된 산화물을 이용할 때, 상기 혼합물 가열 단계는 상기 제1 설정 온도로 1100~1200℃를 이용하고 상기 제1 속도로 100~300℃/hr를 이용하며, 상기 혼합물 관찰 단계는 상기 제1 시간으로 6~24시간을 이용하며, 상기 혼합물 냉각 단계는 상기 제2 설정 온도로 700~900℃를 이용하고 상기 제2 속도로 0.5~3℃/hr를 이용한다.
바람직하게는, 상기 산화물 반도체 제조 방법은 상기 혼합물을 용기에 저장시키는 혼합물 저장 단계; 및 상기 혼합물이 저장된 용기를 고온로 내부로 이송시키는 용기 이송 단계를 더욱 포함하며, 상기 혼합물 성장 단계는 상기 고온로 내부에서 상기 혼합물을 성장시킨다.
바람직하게는, 상기 산화물 반도체 제조 단계는 상기 산화물 반도체로 투명한 산화물 반도체를 제조하거나, 상기 산화물 반도체 제조 방법은 제조된 산화물 반도체를 반도체 소자의 동작 속도를 향상시키려고 할 때 기판 제작에 이용되거나 태양 전지나 디스플레이 장치를 제조할 때 이용된다.
본 발명은 바륨 성분과 주석 성분이 포함된 산화물에 란탄족 성분이나 이트륨 성분이 도핑된 물질을 이용하여 산화물 반도체를 제조함으로써 다음 효과를 얻을 수 있다. 첫째, 바륨 성분 자리에 란탄족 성분을 치환시킴으로써 전하가 이동하는 통로에 불순물이 위치하지 않게 하여 불순물에 의한 산란 효과를 최소화할 수 있다. 둘째, 산란 효과의 최소화로 높은 전하 이동도를 갖는 산화물 반도체를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 산화물 반도체 제조 시스템을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 제1 실시예에 따른 산화물 반도체 제조 시스템에서 혼합물 성장부의 내부 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 도 1에 도시된 산화물 반도체 제조 시스템에 추가되는 구성을 도시한 블록도이다.
도 4는 (Ba,La)SnO3의 단결정 합성 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 Flux growth 방법을 통해 합성한 (Ba,La)SnO3 단결정 사진이다.
도 6은 성장시킨 단결정 시료에 대한 X-ray diffraction 측정 결과를 도시한 그래프이다.
도 7은 (Ba,La)SnO3 단결정 시료의 전하 주입된 농도에 따른 비저항과 전하 이동도를 나타낸 도면이다.
도 8은 단결정 시료의 투과도 측정 결과를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 산화물 반도체 제조 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 산화물 반도체 제조 시스템을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 산화물 반도체 제조 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 산화물 반도체 제조 시스템을 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 1에 따르면, 제1 실시예에 따른 산화물 반도체 제조 시스템(100)은 제1 혼합물 생성부(110), 제1 혼합물 성장부(120), 제1 용제 제거부(130), 제1 산화물 반도체 제조부(140) 및 제1 주제어부(150)를 포함한다.
제1 실시예에 따른 산화물 반도체 제조 시스템(100)은 능동 소자, 수동 소자 등 반도체 소자를 제조할 때에 반도체 소자의 동작 속도를 향상시키기 위해 산화물 반도체를 기판(특히 투명 기판)으로 이용할 수 있다. 제1 실시예에 따른 산화물 반도체 제조 시스템(100)은 태양 전지나 디스플레이 장치를 제조할 때에도 이용될 수 있다.
제1 혼합물 생성부(110)는 바륨(Ba) 성분이 포함된 산화물, 주석(Sn) 성분이 포함된 산화물, 란탄족 성분이나 이트륨(Y) 성분이 포함된 산화물, 및 용제(flux)가 혼합된 혼합물을 생성하는 기능을 수행한다. 주석 성분이 포함된 산화물과 용제는 이원계 산화물로 구현될 수 있다. 란탄족은 원자번호 57번인 란탄(Lanthanum; La)부터 원자번호 71번인 류테튬(Lutetium; Lu)까지 15개의 원소를 총칭한다. 본 실시예에서 란탄족 성분은 이 15개의 원소 중에서 선택될 수 있다.
제1 혼합물 생성부(110)는 용제로 구리(Cu) 성분이 포함된 산화물, 칼륨(K) 성분이 포함된 화합물, 및 납(Pb) 성분이 포함된 산화물 중 어느 하나의 물질을 이용할 수 있다.
본 실시예에서는 제1 혼합물 생성부(110)가 바륨 성분이 포함된 산화물로 BaCO3를 이용할 수 있다. 제1 혼합물 생성부(110)는 란탄족 성분이 포함된 산화물로 La2O3를 이용할 수 있으며, 주석 성분이 포함된 산화물로 SnO2를 이용할 수 있다. 제1 혼합물 생성부(110)는 구리 성분이 포함된 산화물로 Cu2O와 CuO 중 적어도 하나를 이용할 수 있다. 제1 혼합물 생성부(110)는 칼륨 성분이 포함된 화합물로 KF를 이용할 수 있으며, 납 성분이 포함된 산화물로 PbO, PbO2 및 PbF2 중 적어도 하나를 이용할 수 있다.
용제로 구리 성분이 포함된 산화물이나 납 성분이 포함된 산화물을 이용할 때, 제1 혼합물 생성부(110)는 바륨 성분이 포함된 산화물 1몰에 대하여 란탄족 성분이나 이트륨 성분이 포함된 산화물, 주석 성분이 포함된 산화물 및 용제를 각각 0 초과 ~ 0.3 이하, 0.7 이상 ~ 1 이하 및 5 이상 ~ 100 이하의 몰비율로 혼합시킬 수 있다. 또한 용제로 칼륨 성분이 포함된 화합물을 이용할 때, 제1 혼합물 생성부(110)는 바륨 성분이 포함된 산화물 1몰에 대하여 란탄족 성분이나 이트륨 성분이 포함된 산화물, 주석 성분이 포함된 산화물 및 용제를 각각 0 초과 ~ 0.3 이하, 0.7 이상 ~ 1 이하 및 6 이상 ~ 100 이하의 몰비율로 혼합시킬 수 있다.
제1 혼합물 성장부(120)는 란탄족 성분이나 이트륨 성분이 바륨 성분 자리에 도핑된 혼합물을 온도, 속도 및 시간 중 적어도 하나의 조건에 따라 가열시키고 냉각시켜 혼합물을 성장시키는 기능을 수행한다.
도 2는 제1 실시예에 따른 산화물 반도체 제조 시스템에서 혼합물 성장부의 내부 구성을 도시한 블록도이다. 제1 혼합물 성장부(120)는 도 2에 도시된 바와 같이 제1 혼합물 가열부(121), 제1 혼합물 관찰부(122) 및 제1 혼합물 냉각부(123)를 포함할 수 있다.
제1 혼합물 가열부(121)는 제1 설정 온도에 도달할 때까지 제1 속도로 온도가 상승하도록 혼합물을 가열시키는 기능을 수행한다.
용제로 구리 성분이 포함된 산화물을 이용할 때, 제1 혼합물 가열부(121)는 제1 설정 온도로 1200~1300℃를 이용하고 제1 속도로 100~300℃/hr를 이용할 수 있다. 용제로 칼륨 성분이 포함된 화합물을 이용할 때, 제1 혼합물 가열부(121)는 제1 설정 온도로 900~1160℃를 이용하고 제1 속도로 100~300℃/hr를 이용할 수 있다. 용제로 납 성분이 포함된 산화물을 이용할 때, 제1 혼합물 가열부(121)는 제1 설정 온도로 1100~1200℃를 이용하고 제1 속도로 100~300℃/hr를 이용할 수 있다.
제1 혼합물 관찰부(122)는 제1 설정 온도에 도달하면 제1 시간동안 혼합물의 상태를 관찰하는 기능을 수행한다. 이때 제1 혼합물 관찰부(122)는 제1 시간으로 6~24시간을 이용할 수 있다. 제1 시간은 용제가 무엇이건 관계없이 동일하게 적용된다.
제1 혼합물 냉각부(123)는 제1 시간이 경과하면 제2 설정 온도에 도달할 때까지 제1 속도보다 느린 제2 속도로 온도가 하강하도록 혼합물을 냉각시켜 혼합물을 성장시키는 기능을 수행한다.
용제로 구리 성분이 포함된 산화물을 이용할 때, 제1 혼합물 냉각부(123)는 제2 설정 온도로 900~1000℃를 이용하고 제2 속도로 0.5~3℃/hr를 이용할 수 있다. 용제로 칼륨 성분이 포함된 화합물을 이용할 때, 제1 혼합물 냉각부(123)는 제2 설정 온도로 600~750℃를 이용하고 제2 속도로 0.5~3℃/hr를 이용할 수 있다. 용제로 납 성분이 포함된 산화물을 이용할 때, 제1 혼합물 냉각부(123)는 제2 설정 온도로 700~900℃를 이용하고 제2 속도로 0.5~3℃/hr를 이용할 수 있다.
다시 도 1을 참조한다.
제1 용제 제거부(130)는 성장된 혼합물로부터 용제를 제거하는 기능을 수행한다.
제1 용제 제거부(130)는 용제를 침식(erosion)시키는 용매를 이용하여 제1 혼합물 성장부(120)에 의해 성장된 혼합물로부터 용제를 제거할 수 있다. 용제로 구리 성분이 포함된 산화물을 이용할 때, 제1 용제 제거부(130)는 용매로 질산이나 염산을 이용한다. 반면, 용제로 납 성분이 포함된 산화물이나 칼륨 성분이 포함된 화합물을 이용할 때, 제1 용제 제거부(130)는 용매로 질산이나 물을 이용할 수 있다.
제1 산화물 반도체 제조부(140)는 용제가 제거된 혼합물을 이용하여 란탄족 성분이나 이트륨 성분이 바륨 성분과 함께 포함된 산화물 반도체를 제조하는 기능을 수행한다. 제1 산화물 반도체 제조부(140)는 산화물 반도체로 투명한 산화물 반도체를 제조할 수 있다.
용제가 제거된 혼합물은 단결정 형태의 것이다. 산화물 반도체를 제조하려면 단결정 형태의 것을 더욱 성장시켜야 한다. 이를 위해 본 실시예에서는 Seed를 이용한 성장법을 이용할 수 있다. 먼저, Pt wire 끝에 단결정을 매단다. Pt 재질의 고정 장치를 이용하여 단결정을 고정시키는 것도 가능하다. 이후, 단결정을 준비된 용액에 담궈서 성장시킨다. 균일하게 성장시키기 위해서는 Pt wire를 회전시켜 단결정이 용액 내에서 회전되도록 하는 것이 바람직하다.
도 3은 도 1에 도시된 산화물 반도체 제조 시스템에 추가되는 구성을 도시한 블록도이다. 제1 실시예에 따른 산화물 반도체 제조 시스템(100)은 도 3에 도시된 바와 같이 제1 혼합물 저장부(160)와 제1 용기 이송부(170)를 더욱 포함할 수 있다.
제1 혼합물 저장부(160)는 혼합물을 용기에 저장시키는 기능을 수행한다. 제1 혼합물 저장부(160)는 용기로 백금 도가니를 이용할 수 있다.
제1 용기 이송부(170)는 혼합물이 저장된 용기를 고온로 내부로 이송시키는 기능을 수행한다. 제1 혼합물 성장부(120)는 제1 용기 이송부(170)에 의해 혼합물이 저장된 용기가 고온로 내부로 이송되면 고온로 내부에서 혼합물을 성장시킨다.
다음으로, 제1 실시예에 따른 시스템을 통해 산화물 반도체를 제조하는 방법을 사례(case)를 들어 설명한다. 이하 본 사례로 투명 산화물 반도체 (Ba,La)SnO3를 제조하는 방법에 대하여 설명한다.
본 사례에서는 란탄족 원소로 란탄을 이용한다. 본 사례를 통하여 얻은 결과는 다음과 같다. 첫째, BaSnO3에서 바륨(Ba) 자리에 란탄(La)을 치환하는 것이 다원계 산화물에 전하를 주입하는 방법 중 가장 높은 전하 이동도를 가진다는 것이다.
산화물 반도체의 전도 대역(conduction band)이 분산적(dispersive)이면 전자의 유효 질량(effective mass)이 작아지며, 이것이 높은 전하 이동도의 한 요소가 된다. 또한 높은 전하 이동도를 얻기 위해서는 불순물에 의한 전자의 산란을 최소화해야 한다. BaSnO3의 경우 SnO2가 전도에 기여하는 층이 되는데, 전하 주입을 위해서 Ba 자리에 La을 주입하는 방법은 불순물에 의한 전자의 산란을 최소화시켜 줄 수 있다.
본 사례에 따라 제조되는 물질은 (Ba,La)SnO3이며, 이 물질은 산화물 반도체 중에서 가장 높은 전하 이동도 값을 가진다. 전하 이동도가 높은 물질은 능동 소자나 수동 소자의 동작 속도를 증가시키는 데에 크게 기여하므로, 반도체 소자를 만들 때 본 물질을 기판으로 사용한다면 동작 속도가 매우 빠른 소자를 만드는 것이 가능해진다.
둘째, (Ba,La)SnO3 시료의 단결정 합성법을 발명함으로써 물질의 원천기술을 확보했다는 것이다. 특히 단결정 시료에서의 전기전도도는 박막 형태로 (Ba,La)SnO3를 만들었을 때에 얻을 수 있는 전기전도도 및 전하 이동도에 대한 척도로 활용 가능하다.
본 사례에서는 단결정 성장 방법으로 Flux growth 성장 방법을 이용한다. Flux growth 성장 방법은 다음과 같이 진행된다. 먼저, 녹는점이 낮은 물질(flux)에 성장하고자 하는 물질을 섞는다. 이후, 높은 온도에서 flux에 성장하고자 하는 물질이 용해되도록 한다. 이후, 온도를 낮추면서 성장하고자 하는 물질의 단결정이 석출되도록 한다.
본 사례와 같이 BaSnO3에 불순물 주입을 통해 전하를 유도하면서도 불순물에 의한 산란을 최소화하기 위해 Ba 자리에 La을 치환하는 것이 높은 전하 이동도를 얻는 방법임을 알 수 있다.
이하 (Ba,La)SnO3 단결정 합성 방법, 비저항, 전하 이동도 및 광학 특성에 대하여 살펴본다. 여기서는 (Ba,La)SnO3 단결정 합성 방법으로 단결정 합성 방법 1(시작 물질로 BaCO3, SnO2, La2O3를 사용하는 것)에 대하여 설명하며, 단결정 합성 방법 2(시작 물질로 다결정 BaSnO3를 사용하는 것)에 대해서는 후술하기로 한다.
- 단결정 합성 방법 1
도 4는 (Ba,La)SnO3의 단결정 합성 과정을 설명하기 위한 개념도이다. 도 4에는 flux growth 방법과 물질 합성을 위한 고온로에서의 온도 조건이 표시되어 있다. 자세한 합성 방법은 다음과 같다.
STEP 1. BaCO3 : SnO2 : La2O3 : Cu2O : CuO = 1 : 1-x : y/2 : z : w의 mol 비율로 powder 물질들을 고르게 섞은 뒤 백금 도가니에 넣는다. 상기에서, x, y, z, w는 각각 0≤x≤0.3, 0<y≤0.3, 5≤z,w≤100의 범위를 갖는다.
STEP 2. Powder를 담은 백금 도가니를 고온로에 넣고 고온로에서 온도를 올렸다 천천히 내린다. 이때 상온에서 온도를 올릴 때는 A ℃/hr의 속도로 올리고 B ℃에서 온도를 고정한 뒤 C 시간동안 기다린다. 그 뒤에 D ℃/hr의 속도로 온도를 천천히 내려서 E ℃까지 내린 뒤 상온까지 내린다. 상기에서, A는 100~300℃/hr이고 , B는 1200~1300℃이고, C는 6~24 시간이고, D는 0.5~3℃/hr이며, E는 900~1000℃의 범위를 갖는다.
STEP 3. 고온로에서 백금 도가니를 꺼낸 뒤에는 질산에 Cu2O를 녹여낸다.
도 5는 Flux growth 방법을 통해 합성한 (Ba,La)SnO3 단결정 사진이다. 도 5에 따르면 단결정의 크기는 1mm 수준을 보이며 수십 mm 두께의 시료들에서 투명함을 할 수 있다.
도 6은 성장시킨 단결정 시료에 대한 X-ray diffraction 측정 결과를 도시한 그래프이다. 도 6은 길러진 단결정 시료의 (00l) 방향 XRD 결과로 성장된 단결정이 다른 물질 상과 혼재하지 않고 BaSnO3에 La이 도핑되는 단일 상임을 확인할 수 있어 cubic crystalline structure가 잘 형성되었음을 알 수 있다.
한편, 본 사례에서 (Cu2O + CuO) 대신에 KF, (PbO + PbO2 + PbF2) 등을 Flux로 적용하는 것도 가능하다. 각 경우의 mol 비율과 온도값 B, E는 각각 다음과 같다. 이하에서 정의되지 않는 수치는 전술한 사례의 것과 동일하다.
① Flux로 KF를 이용할 경우
BaCO3 : SnO2 : La2O3 : KF = 1 : 1-x : y/2 : z
상기에서, 6≤z≤100
B = 900 ~ 1160, E = 600 ~ 750
② Flux로 (PbO + PbO2 + PbF2)를 이용할 경우
BaCO3 : SnO2 : La2O3: PbO : PbO2 : PbF2 = 1 : 1-x : y/2 : z : w : v
상기에서, 5≤z,w,v≤100
B = 1100 ~ 1200, E = 700 ~ 900
- (Ba,La)SnO3 단결정의 비저항, 전하 이동도
도 7은 (Ba,La)SnO3 단결정 시료의 전하 주입된 농도에 따른 비저항과 전하 이동도를 나타낸 도면이다. 단결정에서 확보한 전하 이동도는 넓은 전하 농도에 걸쳐 높은 값을 보인다. 최고 값은 320 cm2(Vs)-1로 비슷한 전하 농도에서 다른 투명 전도 산화물들과 비교해 보았을 때 가장 높은 값을 갖는 것으로 확인되었다. 또한 높은 전하 주입 영역의 비저항은 대략 1 mΩ cm 수준으로 현재까지 가장 낮은 비저항 값을 보이는 Sn이 도핑된 In2O3와 비슷한 수준의 비저항값을 갖는다.
- (Ba,La)SnO3의 광학 특성
도 8은 단결정 시료의 투과도 측정 결과를 도시한 도면이다. 도 8에서는 BaSnO3와 (Ba,La)SnO3 단결정 시료의 빛의 에너지에 따른 투과도 및 흡수 계수를 보여주며, (Ba,La)SnO3 단결정이 가시광선 영역의 빛을 투과시키는 것을 보여준다. La 도핑을 통해 전하를 주입하면 가시광선 영역의 흡수도가 증가하는 것을 관찰할 수 있으나 여전히 작은 흡수도 값을 보이며, 광학적 band gap이 높아지는 Burstein-Moss shift 현상이 관찰된다.
기존의 In2O3, ZnO, SnO2 등을 기반으로 한 물질에 전하를 주입하기 위해 불순물을 넣어주는 방법은 전하가 이동하는 통로의 한가운데에 불순물이 존재하는 것으로 불순물에 의한 산란 효과가 크게 들어와 전하의 이동도가 제한적일 수 있다. 본 사례에서는 이를 피해가기 위한 방법으로 ABO3의 베로브스카이트(perovskite) 구조를 갖는 물질을 이용하였다. 특히 BaSnO3의 경우 SnO2가 전도에 기여하는 층이 되는데 이때 Ba 자리에 La을 치환함으로써 전자를 주입하는 것은 전도가 되는 층에는 불순물이 존재하지 않게 해주는 역할을 하는 것이고 이러한 영향으로 산란 효과를 최소화할 수 있어 높은 전하 이동도를 얻을 수 있다.
(Ba,La)SnO3를 제조하는 방법은 기존에 알려지지 않았는데 본 발명에서는 다양한 실험을 통해 flux growth 성장 방법을 이용하여 단결정 합성 방법을 발명하였음을 제시한다. 특히 시작 물질로 BaCO3, SnO2, La2O3를 사용하는 것(단결정 합성 방법 1)과 다결정 BaSnO3를 사용하는 것(단결정 합성 방법 2)을 기술하는데 시작 물질을 달리하여도 궁극적으로 얻어지는 단결정이 BaSnO3의 상을 가지는 것을 발견하였다.
전하 이동도가 다른 어떤 투명 산화물 반도체보다 높은 물질을 합성하게 되면 이를 기판으로 사용하거나 이용하여 동작 속도가 빠른 투명 소자를 제작할 수 있다. 높은 전하 이동도를 바탕으로 다른 여타의 투명 산화물 반도체를 대체할 수 있게 되며 본 발명을 바탕으로 투명 산화물 반도체 분야를 선도할 수 있는 계기를 마련할 수 있다. 또한 높은 전하 주입 상황에서 전기전도도가 높은 상태를 구현할 수 있다는 장점이 있어 투명 전극 물질을 대체할 수 있다. 특히 perovskite 구조의 물질들이 초전도, 강유전성, 다강체 특성 등 다양한 기능이 있음을 고려할 때 perovskite로 이루어진 투명 복합 기능 소자 제조의 기반이 될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 바륨 자리를 란탄으로 치환한 (Ba,La)SnO3는 전하의 주입량에 따라 투명 전극 산화물이나 투명 산화물 반도체로써 태양 전지(solar cell), 평판 디스플레이(FPD; Flat Panel Display), OLED/PLED 등 다양한 제품에서 활용 가능하다.
다음으로, 제1 실시예에 따른 산화물 반도체 제조 시스템으로 산화물 반도체를 제조하는 방법에 대해서 설명한다. 도 9는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 산화물 반도체 제조 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다. 이하 설명은 도 1 내지 도 3, 및 도 9를 참조한다.
먼저, 제1 혼합물 생성부(110)가 바륨(Ba) 성분이 포함된 산화물, 주석(Sn) 성분이 포함된 산화물, 란탄족 성분이나 이트륨(Y) 성분이 포함된 산화물, 및 용제(flux)를 혼합시켜 혼합물을 생성한다(S210).
S210 단계에서 제1 혼합물 생성부(110)는 용제로 구리(Cu) 성분이 포함된 산화물, 칼륨(K) 성분이 포함된 화합물, 및 납(Pb) 성분이 포함된 산화물 중 어느 하나의 물질을 이용할 수 있다.
용제로 구리 성분이 포함된 산화물이나 납 성분이 포함된 산화물을 이용할 때, 제1 혼합물 생성부(110)는 바륨 성분이 포함된 산화물 1몰에 대하여 란탄족 성분이나 이트륨 성분이 포함된 산화물, 주석 성분이 포함된 산화물, 및 용제를 각각 0 초과 ~ 0.3 이하, 0.7 이상 ~ 1 이하 및 5 이상 ~ 100 이하의 몰비율로 혼합시킬 수 있다.
한편 용제로 칼륨 성분이 포함된 화합물을 이용할 때, 제1 혼합물 생성부(110)는 바륨 성분이 포함된 산화물 1몰에 대하여 란탄족 성분이나 이트륨 성분이 포함된 산화물, 주석 성분이 포함된 산화물, 및 용제를 각각 0 초과 ~ 0.3 이하, 0.7 이상 ~ 1 이하 및 6 이상 ~ 100 이하의 몰비율로 혼합시킬 수 있다.
S210 단계 이후, 제1 혼합물 성장부(120)가 란탄족 성분이나 이트륨 성분이 바륨 성분 자리에 도핑된 혼합물을 온도, 속도 및 시간 중 적어도 하나의 조건에 따라 가열시키고 냉각시켜 혼합물을 성장시킨다(S220).
S220 단계는 다음과 같이 구체적으로 수행될 수 있다. 먼저, 제1 혼합물 가열부(121)가 제1 설정 온도에 도달할 때까지 제1 속도로 온도가 상승하도록 혼합물을 가열시킨다. 이후, 제1 혼합물 관찰부(122)가 제1 설정 온도에 도달하면 제1 시간동안 혼합물의 상태를 관찰한다. 이후, 제1 혼합물 냉각부(123)가 제1 시간이 경과하면 제2 설정 온도에 도달할 때까지 제1 속도보다 느린 제2 속도로 온도가 하강하도록 혼합물을 냉각시켜 혼합물을 성장시킨다.
용제로 구리 성분이 포함된 산화물을 이용할 때, 제1 혼합물 가열부(121)는 제1 설정 온도로 1200~1300℃를 이용하고 제1 속도로 100~300℃/hr를 이용할 수 있다. 그리고 제1 혼합물 관찰부(122)는 제1 시간으로 6~24시간을 이용할 수 있다. 그리고 제1 혼합물 냉각부(123)는 제2 설정 온도로 900~1000℃를 이용하고 제2 속도로 0.5~3℃/hr를 이용할 수 있다.
용제로 칼륨 성분이 포함된 화합물을 이용할 때, 제1 혼합물 가열부(121)는 제1 설정 온도로 900~1160℃를 이용하고 제1 속도로 100~300℃/hr를 이용할 수 있다. 그리고 제1 혼합물 관찰부(122)는 제1 시간으로 6~24시간을 이용할 수 있다. 그리고 제1 혼합물 냉각부(123)는 제2 설정 온도로 600~750℃를 이용하고 제2 속도로 0.5~3℃/hr를 이용할 수 있다.
용제로 납 성분이 포함된 산화물을 이용할 때, 제1 혼합물 가열부(121)는 제1 설정 온도로 1100~1200℃를 이용하고 제1 속도로 100~300℃/hr를 이용할 수 있다. 그리고 제1 혼합물 관찰부(122)는 제1 시간으로 6~24시간을 이용할 수 있다. 그리고 제1 혼합물 냉각부(123)는 제2 설정 온도로 700~900℃를 이용하고 제2 속도로 0.5~3℃/hr를 이용할 수 있다.
S220 단계 이후, 제1 용제 제거부(130)가 성장된 혼합물로부터 용제를 제거한다(S230).
S230 단계에서 제1 용제 제거부(130)는 용제를 침식(erosion)시키는 용매를 이용하여 성장된 혼합물로부터 용제를 제거할 수 있다. 용제로 구리 성분이 포함된 산화물을 이용할 때, 제1 용제 제거부(130)는 용매로 질산이나 염산을 이용할 수 있으며, 용제로 납 성분이 포함된 산화물이나 칼륨 성분이 포함된 화합물을 이용할 때, 제1 용제 제거부(130)는 용매로 질산이나 물을 이용할 수 있다.
S230 단계 이후, 제1 산화물 반도체 제조부(140)가 용제가 제거된 혼합물을 이용하여 란탄족 성분이나 이트륨 성분이 바륨 성분과 함께 포함된 산화물 반도체를 제조한다(S240). S240 단계에서 제1 산화물 반도체 제조부(140)는 산화물 반도체로 투명한 산화물 반도체를 제조할 수 있다.
한편, S210 단계와 S220 단계 사이에, 제1 혼합물 저장부(160)가 혼합물을 용기에 저장시키고, 이어 제1 용기 이송부(170)가 혼합물이 저장된 용기를 고온로 내부로 이송시킬 수 있다. 그러면 제1 혼합물 성장부(120)는 고온로 내부에서 혼합물을 성장시키는 것이 가능해진다.
이상 설명한 산화물 반도체 제조 방법은 제조된 산화물 반도체를 반도체 소자의 동작 속도를 향상시키려고 할 때 기판 제작에 이용될 수 있으며, 태양 전지나 디스플레이 장치를 제조할 때 이용되는 것도 가능하다.
다음으로, 제2 실시예에 따른 산화물 반도체 제조 시스템에 대하여 설명한다. 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 제1 실시예에 따른 산화물 반도체 제조 시스템은 단결정 합성 방법 1(시작 물질로 BaCO3, SnO2, La2O3를 사용하는 것)을 기초로 한 것인 반면, 후술할 제2 실시예에 따른 산화물 반도체 제조 시스템은 단결정 합성 방법 2(시작 물질로 다결정 BaSnO3를 사용하는 것)를 기초로 한 것이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 산화물 반도체 제조 시스템을 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 10에 따르면, 제2 실시예에 따른 산화물 반도체 제조 시스템(300)은 제2 혼합물 생성부(310), 제2 혼합물 성장부(320), 제2 용제 제거부(330), 제2 산화물 반도체 제조부(340) 및 제2 주제어부(350)를 포함한다.
제2 혼합물 생성부(310)는 바륨(Ba) 성분과 주석(Sn) 성분이 포함된 산화물에 란탄족 성분이나 이트륨(Y) 성분이 도핑된 다금속 산화물을 용제(flux)와 혼합시켜 혼합물을 생성하는 기능을 수행한다.
제2 혼합물 생성부(310)는 다음 수식에 따른 성분비로 란탄족 성분이나 이트륨 성분이 바륨 성분 자리에 도핑된 산화물을 다금속 산화물로 이용할 수 있다.
바륨 성분비 : 란탄족 성분비 or 이트륨 성분비 = 1-x : x (여기서, 0 < x ≤ 0.3)
제2 혼합물 생성부(310)는 용제로 구리(Cu) 성분이 포함된 산화물, 칼륨(K) 성분이 포함된 화합물, 및 납(Pb) 성분이 포함된 산화물 중 어느 하나의 물질을 이용할 수 있다.
본 실시예에서 제2 혼합물 생성부(310)는 구리 성분이 포함된 산화물로 Cu2O와 CuO 중 적어도 하나를 이용할 수 있고, 칼륨 성분이 포함된 화합물로 KF를 이용할 수 있으며, 납 성분이 포함된 산화물로 PbO, PbO2 및 PbF2 중 적어도 하나를 이용할 수 있다.
용제로 구리 성분이 포함된 산화물이나 납 성분이 포함된 산화물을 이용할 때, 제2 혼합물 생성부(310)는 다금속 산화물 1몰에 대하여 용제를 5~100의 몰비율로 혼합시킬 수 있다.
용제로 칼륨 성분이 포함된 화합물을 이용할 때, 제2 혼합물 생성부(310)는 다금속 산화물 1몰에 대하여 용제를 6~100의 몰비율로 혼합시킬 수 있다.
제2 혼합물 성장부(320)는 도 1에 도시된 제1 혼합물 성장부(120)와 동일한 기능을 수행한다. 제2 혼합물 성장부(320)의 자세한 기능은 제1 혼합물 성장부(120)를 참조한다.
제2 용제 제거부(330)는 도 1에 도시된 제1 용제 제거부(130)와 동일한 기능을 수행한다. 제2 용제 제거부(330)의 자세한 기능은 제1 용제 제거부(130)를 참조한다.
제2 산화물 반도체 제조부(340)는 도 1에 도시된 제1 산화물 반도체 제조부(140)와 동일한 기능을 수행한다. 제2 산화물 반도체 제조부(340)의 자세한 기능은 제1 산화물 반도체 제조부(140)를 참조한다.
제2 주제어부(350), 제2 혼합물 저장부(미도시), 및 제2 용기 이송부(미도시)는 각각 도 1에 도시된 제1 주제어부(150), 제1 혼합물 저장부(160) 및 제1 용기 이송부(170)와 동일한 기능을 수행한다.
한편, 제2 실시예에 따른 산화물 반도체 제조 시스템(300)은 산화물 생성부(360)를 더욱 포함할 수 있다. 산화물 생성부(360)는 고체상 반응(solid state reaction)을 이용하여 바륨 성분, 란탄족 성분과 이트륨 성분 중 어느 하나의 성분, 및 주석 성분을 합성시켜 다금속 산화물을 생성하는 기능을 수행한다.
다음으로, 제2 실시예에 따른 시스템을 통해 산화물 반도체를 제조하는 방법을 사례(case)를 들어 설명한다. 이 방법은 (Ba,La)SnO3 단결정 합성 방법 중 단결정 합성 방법 2(시작 물질로 다결정 BaSnO3를 사용하는 것)에 대한 것이다.
- 단결정 합성 방법 2
Ba1 - xLaxSnO3 다결정 시료(단, 0<x≤0.3)를 먼저 합성한 뒤 상기 언급한 flux 물질과 그 비율로 혼합한 뒤 성장시킨다. 이때 사용하는 다결정 시료는 고체상 반응법(solid state reaction)으로 합성한다. 아래는 상기 조합에 대한 구체적인 내용이다.
(Ba,La)SnO3 : Cu2O : CuO = 1 : y : z
상기에서, 5≤y,z≤100
(Ba,La)SnO3 : KF = 1 : y
상기에서, 6≤y≤100
(Ba,La)SnO3 : PbO : PbO2 : PbF2 = 1 : y : z : w
상기에서, 5≤y,z,w≤100
한편, 단결정 합성 방법 2에 따른 (Ba,La)SnO3의 비저항, 전하 이동도 및 광학 특성은 단결정 합성 방법 1의 경우와 동일하므로, 여기서는 그 설명을 생략한다.
다음으로, 제2 실시예에 따른 산화물 반도체 제조 시스템을 통해 산화물 반도체를 제조하는 방법에 대하여 설명한다. 도 11은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 산화물 반도체 제조 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다. 이하 설명은 도 10과 도 11을 참조한다.
먼저, 제2 혼합물 생성부(310)가 바륨(Ba) 성분과 주석(Sn) 성분이 포함된 산화물에 란탄족 성분이나 이트륨(Y) 성분이 도핑된 다금속 산화물을 용제(flux)와 혼합시켜 혼합물을 생성한다(S410).
S410 단계에서 제2 혼합물 생성부(310)는 다음 수식에 따른 성분비로 란탄족 성분이나 이트륨 성분이 바륨 성분 자리에 도핑된 산화물을 다금속 산화물로 이용할 수 있다.
바륨 성분비 : 란탄족 성분비 or 이트륨 성분비 = 1-x : x (여기서, 0 < x ≤ 0.3)
S410 단계에서 제2 혼합물 생성부(310)는 용제로 구리(Cu) 성분이 포함된 산화물, 칼륨(K) 성분이 포함된 화합물, 및 납(Pb) 성분이 포함된 산화물 중 어느 하나의 물질을 이용할 수 있다.
용제로 구리 성분이 포함된 산화물이나 납 성분이 포함된 산화물을 이용할 때, 제2 혼합물 생성부(310)는 다금속 산화물 1몰에 대하여 용제를 5~100의 몰비율로 혼합시킬 수 있다.
용제로 칼륨 성분이 포함된 화합물을 이용할 때, 제2 혼합물 생성부(310)는 다금속 산화물 1몰에 대하여 용제를 6~100의 몰비율로 혼합시킬 수 있다.
S410 단계 이후, 제2 혼합물 성장부(320)가 혼합물을 온도, 속도 및 시간 중 적어도 하나의 조건에 따라 가열시키고 냉각시켜 혼합물을 성장시킨다(S420). S420 단계의 보다 자세한 설명은 도 9의 S220 단계를 참조한다.
S420 단계 이후, 제2 용제 제거부(330)가 성장된 혼합물로부터 용제를 제거한다(S430). S430 단계의 보다 자세한 설명은 도 9의 S230 단계를 참조한다.
S430 단계 이후, 제2 산화물 반도체 제조부(340)가 용제가 제거된 혼합물을 이용하여 란탄족 성분이나 이트륨 성분이 바륨 성분과 함께 포함된 산화물 반도체를 제조한다(S440). S440 단계의 보다 자세한 설명은 도 9의 S240 단계를 참조한다.
한편, S410 단계 이전에, 산화물 생성부(360)는 고체상 반응(solid state reaction)을 이용하여 바륨 성분, 란탄족 성분과 이트륨 성분 중 어느 하나의 성분, 및 주석 성분을 합성하여 다금속 산화물을 생성할 수 있다(S405).
한편, S410 단계와 S420 단계 사이에, 도 9의 경우와 마찬가지로 제2 혼합물 저장부가 혼합물을 용기에 저장시키고 제2 용기 이송부가 혼합물이 저장된 용기를 고온로 내부로 이송시킬 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 제1 실시예에 따른 산화물 반도체 제조 시스템
110 : 제1 혼합물 생성부 120 : 제1 혼합물 성장부
121 : 제1 혼합물 가열부 122 : 제1 혼합물 관찰부
123 : 제1 혼합물 냉각부 130 : 제1 용제 제거부
140 : 제1 산화물 반도체 제조부 160 : 제1 혼합물 저장부
170 : 제1 용기 이송부
300 : 제2 실시예에 따른 산화물 반도체 제조 시스템
310 : 제2 혼합물 생성부 320 : 제2 혼합물 성장부
330 : 제2 용제 제거부 340 : 제2 산화물 반도체 제조부
360 : 산화물 생성부

Claims (18)

  1. 바륨(Ba) 성분이 포함된 산화물, 주석(Sn) 성분이 포함된 산화물, 란탄족 성분이나 이트륨(Y) 성분이 포함된 산화물, 및 용제(flux)가 혼합된 혼합물을 생성하는 혼합물 생성 단계;
    상기 란탄족 성분이나 상기 이트륨 성분이 상기 바륨 성분 자리에 도핑된 상기 혼합물을 온도, 속도 및 시간 중 적어도 하나의 조건에 따라 가열시키고 냉각시켜 상기 혼합물을 성장시키는 혼합물 성장 단계;
    성장된 혼합물로부터 상기 용제를 제거하는 용제 제거 단계; 및
    상기 용제가 제거된 혼합물을 이용하여 상기 란탄족 성분이나 상기 이트륨 성분이 상기 바륨 성분과 함께 포함된 산화물 반도체를 제조하는 산화물 반도체 제조 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화물 반도체 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼합물 생성 단계는 상기 용제로 구리(Cu) 성분이 포함된 산화물, 칼륨(K) 성분이 포함된 화합물, 및 납(Pb) 성분이 포함된 산화물 중 어느 하나의 물질을 이용하는 것을 특징으로 하는 산화물 반도체 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 용제로 상기 구리 성분이 포함된 산화물이나 상기 납 성분이 포함된 산화물을 이용할 때, 상기 혼합물 생성 단계는 상기 바륨 성분이 포함된 산화물 1몰에 대하여 상기 란탄족 성분이나 상기 이트륨 성분이 포함된 산화물, 상기 주석 성분이 포함된 산화물 및 상기 용제를 각각 0 초과 ~ 0.3 이하, 0.7 이상 ~ 1 이하 및 5 이상 ~ 100 이하의 몰비율로 혼합시키며,
    상기 용제로 상기 칼륨 성분이 포함된 화합물을 이용할 때, 상기 혼합물 생성 단계는 상기 바륨 성분이 포함된 산화물 1몰에 대하여 상기 란탄족 성분이나 상기 이트륨 성분이 포함된 산화물, 상기 주석 성분이 포함된 산화물 및 상기 용제를 각각 0 초과 ~ 0.3 이하, 0.7 이상 ~ 1 이하 및 6 이상 ~ 100 이하의 몰비율로 혼합시키는 것을 특징으로 하는 산화물 반도체 제조 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 용제 제거 단계는 상기 용제를 침식(erosion)시키는 용매를 이용하여 상기 성장된 혼합물로부터 상기 용제를 제거하는 것을 특징으로 하는 산화물 반도체 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 용제로 상기 구리 성분이 포함된 산화물을 이용할 때, 상기 용제 제거 단계는 상기 용매로 질산이나 염산을 이용하며,
    상기 용제로 상기 납 성분이 포함된 산화물이나 상기 칼륨 성분이 포함된 화합물을 이용할 때, 상기 용제 제거 단계는 상기 용매로 질산이나 물을 이용하는 것을 특징으로 하는 산화물 반도체 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼합물 성장 단계는,
    제1 설정 온도에 도달할 때까지 제1 속도로 온도가 상승하도록 상기 혼합물을 가열시키는 혼합물 가열 단계;
    상기 제1 설정 온도에 도달하면 제1 시간동안 상기 혼합물의 상태를 관찰하는 혼합물 관찰 단계; 및
    상기 제1 시간이 경과하면 제2 설정 온도에 도달할 때까지 상기 제1 속도보다 느린 제2 속도로 온도가 하강하도록 상기 혼합물을 냉각시켜 상기 혼합물을 성장시키는 혼합물 냉각 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화물 반도체 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 용제로 구리 성분이 포함된 산화물을 이용할 때,
    상기 혼합물 가열 단계는 상기 제1 설정 온도로 1200~1300℃를 이용하고 상기 제1 속도로 100~300℃/hr를 이용하며,
    상기 혼합물 관찰 단계는 상기 제1 시간으로 6~24시간을 이용하며,
    상기 혼합물 냉각 단계는 상기 제2 설정 온도로 900~1000℃를 이용하고 상기 제2 속도로 0.5~3℃/hr를 이용하며,
    상기 용제로 칼륨 성분이 포함된 화합물을 이용할 때,
    상기 혼합물 가열 단계는 상기 제1 설정 온도로 900~1160℃를 이용하고 상기 제1 속도로 100~300℃/hr를 이용하며,
    상기 혼합물 관찰 단계는 상기 제1 시간으로 6~24시간을 이용하며,
    상기 혼합물 냉각 단계는 상기 제2 설정 온도로 600~750℃를 이용하고 상기 제2 속도로 0.5~3℃/hr를 이용하며,
    상기 용제로 납 성분이 포함된 산화물을 이용할 때,
    상기 혼합물 가열 단계는 상기 제1 설정 온도로 1100~1200℃를 이용하고 상기 제1 속도로 100~300℃/hr를 이용하며,
    상기 혼합물 관찰 단계는 상기 제1 시간으로 6~24시간을 이용하며,
    상기 혼합물 냉각 단계는 상기 제2 설정 온도로 700~900℃를 이용하고 상기 제2 속도로 0.5~3℃/hr를 이용하는 것을 특징으로 하는 산화물 반도체 제조 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼합물을 용기에 저장시키는 혼합물 저장 단계; 및
    상기 혼합물이 저장된 용기를 고온로 내부로 이송시키는 용기 이송 단계
    를 더욱 포함하며,
    상기 혼합물 성장 단계는 상기 고온로 내부에서 상기 혼합물을 성장시키는 것을 특징으로 하는 산화물 반도체 제조 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화물 반도체 제조 단계는 상기 산화물 반도체로 투명한 산화물 반도체를 제조하거나,
    상기 산화물 반도체 제조 방법은 제조된 산화물 반도체를 반도체 소자의 동작 속도를 향상시키려고 할 때 기판 제작에 이용되거나 태양 전지나 디스플레이 장치를 제조할 때 이용되는 것을 특징으로 하는 산화물 반도체 제조 방법.
  10. 바륨(Ba) 성분이 포함된 산화물, 주석(Sn) 성분이 포함된 산화물, 란탄족 성분이나 이트륨(Y) 성분이 포함된 산화물, 및 용제(flux)가 혼합된 혼합물을 생성하는 혼합물 생성부;
    상기 란탄족 성분이나 상기 이트륨 성분이 상기 바륨 성분 자리에 도핑된 상기 혼합물을 온도, 속도 및 시간 중 적어도 하나의 조건에 따라 가열시키고 냉각시켜 상기 혼합물을 성장시키는 혼합물 성장부;
    성장된 혼합물로부터 상기 용제를 제거하는 용제 제거부; 및
    상기 용제가 제거된 혼합물을 이용하여 상기 란탄족 성분이나 상기 이트륨 성분이 상기 바륨 성분과 함께 포함된 산화물 반도체를 제조하는 산화물 반도체 제조부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화물 반도체 제조 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 혼합물 생성부는 상기 용제로 구리(Cu) 성분이 포함된 산화물, 칼륨(K) 성분이 포함된 화합물, 및 납(Pb) 성분이 포함된 산화물 중 어느 하나의 물질을 이용하는 것을 특징으로 하는 산화물 반도체 제조 시스템.
  12. 바륨(Ba) 성분과 주석(Sn) 성분이 포함된 산화물에 란탄족 성분이나 이트륨(Y) 성분이 도핑된 다금속 산화물을 용제(flux)와 혼합시켜 혼합물을 생성하는 혼합물 생성 단계;
    상기 혼합물을 온도, 속도 및 시간 중 적어도 하나의 조건에 따라 가열시키고 냉각시켜 상기 혼합물을 성장시키는 혼합물 성장 단계;
    성장된 혼합물로부터 상기 용제를 제거하는 용제 제거 단계; 및
    상기 용제가 제거된 혼합물을 이용하여 상기 란탄족 성분이나 상기 이트륨 성분이 상기 바륨 성분과 함께 포함된 산화물 반도체를 제조하는 산화물 반도체 제조 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화물 반도체 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 혼합물 생성 단계는 다음 수식에 따른 성분비로 상기 란탄족 성분이나 상기 이트륨 성분이 상기 바륨 성분 자리에 도핑된 산화물을 상기 다금속 산화물로 이용하는 것을 특징으로 하는 산화물 반도체 제조 방법.
    [수식]
    바륨 성분비 : 란탄족 성분비 or 이트륨 성분비 = 1-x : x (여기서, 0 < x ≤ 0.3)
  14. 제 12 항에 있어서,
    고체상 반응(solid state reaction)을 이용하여 상기 바륨 성분, 상기 란탄족 성분과 상기 이트륨 성분 중 어느 하나의 성분, 및 상기 주석 성분을 합성시켜 상기 다금속 산화물을 생성하는 산화물 생성 단계
    를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 산화물 반도체 제조 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 혼합물 생성 단계는 상기 용제로 구리(Cu) 성분이 포함된 산화물, 칼륨(K) 성분이 포함된 화합물, 및 납(Pb) 성분이 포함된 산화물 중 어느 하나의 물질을 이용하는 것을 특징으로 하는 산화물 반도체 제조 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 용제로 상기 구리 성분이 포함된 산화물이나 상기 납 성분이 포함된 산화물을 이용할 때, 상기 혼합물 생성 단계는 상기 다금속 산화물 1몰에 대하여 상기 용제를 5~100의 몰비율로 혼합시키며,
    상기 용제로 상기 칼륨 성분이 포함된 화합물을 이용할 때, 상기 혼합물 생성 단계는 상기 다금속 산화물 1몰에 대하여 상기 용제를 6~100의 몰비율로 혼합시키는 것을 특징으로 하는 산화물 반도체 제조 방법.
  17. 바륨(Ba) 성분과 주석(Sn) 성분이 포함된 산화물에 란탄족 성분이나 이트륨(Y) 성분이 도핑된 다금속 산화물을 용제(flux)와 혼합시켜 혼합물을 생성하는 혼합물 생성부;
    상기 혼합물을 온도, 속도 및 시간 중 적어도 하나의 조건에 따라 가열시키고 냉각시켜 상기 혼합물을 성장시키는 혼합물 성장부;
    성장된 혼합물로부터 상기 용제를 제거하는 용제 제거부; 및
    상기 용제가 제거된 혼합물을 이용하여 상기 란탄족 성분이나 상기 이트륨 성분이 상기 바륨 성분과 함께 포함된 산화물 반도체를 제조하는 산화물 반도체 제조부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화물 반도체 제조 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    고체상 반응(solid state reaction)을 이용하여 상기 바륨 성분, 상기 란탄족 성분과 상기 이트륨 성분 중 어느 하나의 성분, 및 상기 주석 성분을 합성시켜 상기 다금속 산화물을 생성하는 산화물 생성부
    를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 산화물 반도체 제조 시스템.
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