KR101779931B1 - 유리 기판 위에서의 ZnO계 시드 형성 방법 - Google Patents

유리 기판 위에서의 ZnO계 시드 형성 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101779931B1
KR101779931B1 KR1020130071944A KR20130071944A KR101779931B1 KR 101779931 B1 KR101779931 B1 KR 101779931B1 KR 1020130071944 A KR1020130071944 A KR 1020130071944A KR 20130071944 A KR20130071944 A KR 20130071944A KR 101779931 B1 KR101779931 B1 KR 101779931B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
zno
glass substrate
thin film
seed
formation
Prior art date
Application number
KR1020130071944A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150000083A (ko
Inventor
박정우
유영조
김보경
김서현
박준형
백일희
윤근상
이현희
최은호
Original Assignee
코닝정밀소재 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 코닝정밀소재 주식회사 filed Critical 코닝정밀소재 주식회사
Priority to KR1020130071944A priority Critical patent/KR101779931B1/ko
Publication of KR20150000083A publication Critical patent/KR20150000083A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101779931B1 publication Critical patent/KR101779931B1/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B5/00Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form
    • H01B5/14Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form comprising conductive layers or films on insulating-supports
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34Sputtering
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B13/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/7869Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film having a semiconductor body comprising an oxide semiconductor material, e.g. zinc oxide, copper aluminium oxide, cadmium stannate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1884Manufacture of transparent electrodes, e.g. TCO, ITO
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542Dye sensitized solar cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

유리 기판 위에서의 ZnO 시드 형성 방법이 제공된다. ZnO계 박막 제조 방법이 제공된다. 유리 기판 위에 ZnO계 물질을 증착하여 ZnO계 시드를 형성하는 방법에 있어서, 상기 유리 기판 내의 +3가 이하 금속 이온의 적어도 일부를 상기 유리 기판의 표면으로 이동시킴으로써, 상기 유리 기판 표면에서의 상기 ZnO계 시드의 형성을 촉진시킨다.

Description

유리 기판 위에서의 ZnO계 시드 형성 방법 {Method of forming ZnO-based seeds on glass substrates}
본 개시는 산화물 박막 형성에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 유리 기판 위에 형성되는 ZnO계 박막에 관한 것이다.
유리 기판 위에 형성되는 산화물 박막은, 예를 들면, 태양전지, 유기발광다이오드, 액정디스플레이 등과 같은 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다. 특히, ZnO 박막은, 물론 다른 용도로도 사용될 수 있지만, ITO(indium tin oxide)를 대체할 수 있는 유망한 투명전극 재료로서 주목받고 있다.
유리 기판 위에 ZnO 박막과 같은 산화물 박막을 형성함에 있어서, 형성되는 산화물 박막의 특성은, 산화물 박막 형성 초기의 산화물 시드(seed) 형성 단계에 의하여 많은 영향을 받는다. 산화물 박막 형성 초기 단계에서, 유리 기판 위에 산화물 시드가 촘촘하게 형성되면, 성장된 산화물 박막 내의 그레인 크기가 작아진다. 산화물 박막 형성 초기 단계에서, 유리 기판 위에 산화물 시드가 성글게 형성되면, 성장된 산화물 박막 내의 그레인 크기가 커진다. 여기서, 그레인이라 함은, 박막을 구성하도록 성장된 입자를 말한다. 성장된 산화물 박막 내의 그레인 크기가 작으면, 그 박막은 비교적 평탄한 표면을 가질 수 있다. 성장된 산화물 박막 내의 그레인 크기가 크면, 그 박막은 평균 거칠기가 비교적 큰 표면을 가질 수 있다.
종래에는, 유리 기판 위에 ZnO 박막과 같은 산화물 박막을 형성함에 있어서, 산화물 박막의 특성 제어는 주로, 산화물 박막 형성 공정의 공정조건(예를 들어, 증착 온도, 증착 압력, 도핑 농도, 등)의 조절을 통하여 수행되었다. 최근에는, 유리기판의 표면 거칠기와 같은 유리 기판의 물성 변화를 통하여, 그 위에 형성되는 산화물 박막의 특성을 제어하려는 시도가 이루어지고 있다.
본 개시의 발명자들에 의하여 밝혀진 바에 따르면, 유리 기판의 전기적으로 +3가 이하의 금속 성분을 이용하여, 유리 기판 위에 형성되는 ZnO 시드의 형성밀도를 제어할 수 있는 것으로 나타났다. 이에 기초하여, 본 개시의 일 측면에 따라, 유리 기판 위에서의 ZnO 시드 형성밀도를 제어할 수 있는, ZnO 시드 형성 방법이 제공된다. 또한, 본 개시의 다른 측면에 따라, ZnO계 박막 제조 방법이 제공된다.
본 개시의 일 측면에 따라, 유리 기판 위에서의 ZnO계 시드 형성 방법이 제공된다. 유리 기판 위에서의 ZnO계 시드 형성 방법의 일 구현예는,
유리 기판 위에 ZnO계 물질을 증착하여 ZnO계 시드를 형성하는 방법에 있어서,
상기 유리 기판 내의 +3가 이하 금속 이온의 적어도 일부를 상기 유리 기판의 표면으로 이동시킴으로써, 상기 유리 기판 표면에서의 상기 ZnO계 시드의 형성을 촉진시킨다.
본 개시의 다른 측면에 따라 ZnO계 박막 제조 방법이 제공된다. ZnO계 박막 제조 방법의 일 구현예는,
유리 기판 위에 ZnO계 물질을 증착하여 ZnO계 시드를 형성하는 단계로서, 상기 유리 기판 내의 적어도 일부의 전기적으로 +3가 이하의 금속 이온을 상기 유리 기판의 표면으로 이동시킴으로써, 상기 유리 기판 표면에서의 상기 ZnO계 시드의 형성을 촉진시키는 단계; 및
상기 ZnO계 시드에 ZnO계 물질을 증착하여, 상기 ZnO계 시드를 성장시켜서, ZnO계 박막을 형성하는 단계;를 포함한다.
본 개시의 발명자들에 의하여 밝혀진 바에 따르면, 유리 기판에서의 전기적으로 +3가 이하의 금속이온 성분의 함량이 높을수록, 예를 들면, ZnO 박막 형성의 초기 단계에서, 유리 기판 위에 형성되는 ZnO 시드의 형성밀도가 증가하는 것으로 나타났다. ZnO 박막 형성의 초기 단계에서, 유리 기판 위에 형성되는 ZnO 시드의 형성밀도가 증가하면, 성장된 ZnO 박막 내의 ZnO 그레인의 크기가 감소하며, 그에 따라, 성장된 ZnO 박막은 비교적 평탄한 표면을 가질 수 있게 된다.
유리 기판의 전기적으로 +3가 이하의 금속이온 성분의 함량과 ZnO 시드 형성밀도 사이의 상관관계는, 전기적으로 +3가 이하의 금속 성분과 ZnO 사이의 상호작용에 기인하는 것으로 추정된다. 유리기판의 전기적으로 +3가 이하의 금속 성분은, ZnO 시드가 유리 기판의 표면에서 생성되도록 유도한다. 여기서 더욱 주목할 점은, 유리 기판의 표면에 생성된 ZnO 시드는, 유리 기판 내의 전기적으로 +3가 이하의 금속 이온을, ZnO 시드 근처의 유리 기판 표면부로 흡인한다는 것이다. 유리 기판 표면부로 흡인된 전기적으로 +3가 이하의 금속 성분은 더 많은 ZnO 시드의 생성을 촉진한다. 결국, 유리 기판 내의 전기적으로 +3가 이하의 금속 성분이 유리 기판의 표면부로 이동함으로써, 유리 기판 위에 형성되는 ZnO 시드의 형성을 촉진할 수 있게 된다.
종래에는, 유리 기판 위에 형성되는 ZnO 시드의 형성 및 형성밀도를, 도펀트 농도 및 기판의 표면거칠기에 의하여 조절하였다. 이러한 경우에, 전기적특성의 제어가 어렵고 결정성의 저하가 발생할 수 있다. 이에 반하여, 본 개시의 일 측면에 따른, 유리 기판 위에서의 ZnO 시드 형성 방법에서는, 그러한 문제점이 원천적으로 방지될 수 있다. 그에 따라, 본 개시의 일 측면에 따른, 유리 기판 위에서의 ZnO 시드 형성 방법을 사용하여 제조된 ZnO 박막은, 전기전도도의 손실이 없을 뿐만 아니라, 결정성의 저하를 방지할 수 있다.
도 1은, 실시예 1에서 제조된 ZnO 박막의 주사전자현미경 사진이다.
도 2는, 비교예 1에서 제조된 ZnO 박막의 주사전자현미경 사진이다.
도 3은, 실시예 2에서 제조된 GZO 박막의 주사전자현미경 사진이다.
도 4는, 비교예 2에서 제조된 GZO 박막의 주사전자현미경 사진이다.
도 5는 실시예 1에서 제조된 ZnO 박막에 대한 EDX(energy-dispersive X-ray spectroscopy) 깊이 프로파일(depth profile) 측정 결과이다.
도 6은 실시예 2에서 제조된 GZO 박막에 대한 EDX 깊이 프로파일 측정 결과이다.
도 7의 (a)는 ZnO의 전하(charge) 값 및 유리가 계면에 접합되기 전의 Zn, O 및 Si 각각의 전하(charge) 값을 나타내는 그림과 표이다.
도 7의 (b)는, ZnO가 유리 위에 성장되어서 계면접합이 이루어졌을 때, 계면에서의 Zn, O 및 Si 전하의 변화를 나타낸 그림이다. 도 7의 (b)의 그림과 표에 나타난 바와 같이, 계면의 전하가 음(-)이 됨을 알 수 있다.
도 8의 (a)와 (b)는, ZnO와 GZO가 유리기판 위에 성장하였을 때, Zn, O 및 Si 각각의 전하 값을 나타내는 그림이다.
이하에서는, 본 개시의 일 측면에 따라 제공되는, 유리 기판 위에서의 ZnO계 시드 형성 방법을 더욱 상세하게 설명한다. 유리 기판 위에서의 ZnO계 시드 형성 방법의 일 구현예는, 유리 기판 위에 ZnO계 물질을 증착하여 ZnO계 시드를 형성하는 방법에 있어서, 상기 유리 기판 내의 전기적으로 +3가 이하의 금속 이온의 적어도 일부를 상기 유리 기판의 표면으로 이동시킴으로써, 상기 유리 기판 표면에서의 상기 ZnO계 시드의 형성을 촉진시킨다.
전기적으로 +3가 이하의 금속은, 예를 들면, Li, Na, K, Rb, Ca, Al, Mg, 또는 이들의 조합 일 수 있다. 전기적으로 +3가 이하의 금속은, 더욱 구체적인 예를 들면, Na, Al, Ca, K, 또는 이들의 조합일 수 있는데, 이들 금속의 이온은 유리의 조직을 형성하는 개질제(modifier)로 작용할 수 있다. 전기적으로 +3가 이하의 금속은, 예를 들면, +3가 이하 금속의 산화물 및 또는 이들의 혼합물의 형태로 유리 기판에 함유될 수 있다. 구체적인 예를 들면, 전기적으로 +3가 이하의 금속 함유 성분은, Na2O, Al2O3, CaO, MgO, 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
유리 기판 내의 전기적으로 +3가 이하의 금속의 초기 함량은, +3가 이하 금속 원소의 양을 기준으로, 유리 기판 전체 중량 100 wt% 당, 약 10 wt% 이상일 수 있다.
유리 기판의 전기적으로 +3가 이하의 금속 함량이 너무 낮으면, 비정질의 유리형성이 어렵고, 반면 유리 기판의 +3가 이하 금속 함량이 너무 높으면, 유리 자체의 강도가 저하될 수 있다.
예를 들면, 유리 기판 내의 전기적으로 +3가 이하의 금속의 초기 함량은, 전기적으로 +3가 이하의 금속 성분을 포함하는 유리 기판 전체 중량 100 wt%를 기준으로 하여, 약 10 wt% 내지 약 30 wt%일 수 있다. 이러한 유리 기판은, 예를 들면, 유리 제조를 위한 배합재료에 전기적으로 +3가 이하의 금속이온 함유 성분을 첨가함으로써 얻을 수 있다.
이러한 전기적으로 +3가 이하의 금속 함량의 범위들의 각각에 있어서, 유리 기판의 전기적으로 +3가 이하의 금속 이온 성분 함량이 증가할수록, 유리 기판 표면에서의 ZnO 시드 형성을 촉진한다. ZnO 시드 형성시 계면은 전기적으로 마이너스 전하를 띠므로, 유리의 +3가 이하의 금속 이온을 표면으로 흡인하여 전기적으로 중성을 맞추어줌으로써, 시드 형성이 촉진된다. 예를 들어, 유리 기판의 +3가 이하의 금속 이온 초기 함량이 약 20 wt% 이하인 경우, ZnO 시드 형성밀도는, +3가 이하의 금속을 포함하지 않은 유리 기판을 사용한 경우보다, 약 1.5 배 이상 증가될 수 있다. 특히, +3가 이하의 금속의 이동은 기판의 온도 등에 영향을 받고, 대략 300 ℃ 이상에서 +3가 이하의 금속이온의 이동이 급격히 나타난다. 그에 따라, 유리 기판에 ZnO 계 물질을 증착하는 온도는, 예를 들어, 약 300 ℃ 이상일 수 있다. 유리 기판에 ZnO 계 물질을 증착하는 온도가 너무 높으면, 유리 기판 자체가 연화될 수 있으며, 그에 따라, ZnO의 성장이 어려울 수 있다. 그에 따라, 유리 기판에 ZnO 계 물질을 증착하는 온도는, 예를 들어, 약 600 ℃ 이하일 수 있다.
ZnO계 시드 형성 단계에서, ZnO계 물질의 증착은, 예를 들면, 스퍼터링(Sputtering), 전자 빔 증착(E-Beam Evaporation), 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition), 이온 플레이팅(Ion-Plating) 방법, 펄스 레이저 증착(pulsed laser deposition), 등이 사용될 수 있다. 스퍼터링 방법에 있어서, 예를 들면, 플라즈마를 형성시켜 주기 위한 방전가스로서는 아르곤과 같은 불활성 가스를 사용하고, 반응성 가스로서는 산소를 사용할 수 있다.
ZnO계 물질은, 도핑되거나 도핑되지않은 ZnO를 의미한다. ZnO계 물질은, 예를 들면, Ga, Al, B, 또는 이들의 조합과 같은 도펀트를 더 포함할 수 있다. ZnO계 시드 중의 도펀트의 함량은, 예를 들면, 도펀트를 포함하는 ZnO계 시드 전체 중량 100 wt%를 기준으로 하여, 약 2 wt% 내지 약 10 wt%일 수 있다.
이하에서는, 본 개시의 다른 측면에 따라 제공되는, ZnO계 박막 제조 방법을 더욱 상세하게 설명한다. ZnO계 박막 제조 방법의 일 구현예는,
유리 기판 위에 ZnO계 물질을 증착하여 ZnO계 시드를 형성하는 단계로서, 상기 유리 기판 내의 적어도 일부의 +3가 이하의 금속 이온을 상기 유리 기판의 표면으로 이동시킴으로써, 상기 유리 기판 표면에서의 상기 ZnO계 시드의 형성을 촉진시키는 단계; 및
상기 ZnO계 시드에 ZnO계 물질을 증착하여, 상기 ZnO계 시드를 성장시켜서, ZnO계 박막을 형성하는 단계;를 포함한다
유리 기판 위에 ZnO계 물질을 증착하여 ZnO계 시드를 형성하는 단계는 앞에서 설명한 바와 같다.
상기 ZnO계 시드에 ZnO계 물질을 증착하여, 상기 ZnO계 시드를 성장시키는 단계에 있어서, ZnO계 물질은, 도핑되거나 도핑되지않은 ZnO를 의미한다. ZnO계 물질은, 예를 들면, 를Ga, Al, B 또는 이들의 조합과 같은 도펀트 더 포함할 수 있다. ZnO계 박막 중의 도펀트의 함량은, 예를 들면, 도펀트를 포함하는 ZnO계 박막 전체 중량 100 wt%를 기준으로 하여, 약 2 내지 약 10 wt%일 수 있다.
<실시예>
실시예 1 --- +3가 이하의 금속 함유 유리 기판 상에서의 ZnO 박막 형성
유리기판으로서, Ca과 Al이 개질제(modifier)로 첨가되어 있는 "Corning Eagle XG glass (한국, 삼성코닝사)"를 사용하였다. EDX(energy dispersive X-ray)로 측정된 이 유리기판의 +3가 이하의 금속 이온 성분 함량은 25 wt% 이었다.
이 유리기판 위에 상압기상화학증착법으로 ZnO 시드 형성 및 박막 형성을 수행하여, 최종 두께 30 nm의 ZnO 박막을 형성하였다. 이때, 증착 온도는 400℃ 이었고, 증착에 사용된 물질은 Zn 전구체(디에틸징크)와 산화제(산소)이었고, 증착 분위기는 질소 분위기이었고, 증착 시간은 1분이었다.
도 1은, 실시예 1에서 제조된 ZnO 박막의 주사전자현미경 사진이다. 도 1에 타난 바와 같이, 실시예 1에서 제조된 ZnO 박막을 구성하는 ZnO 그레인의 평균 면밀도는 20개/(100nm)2 이었다.
비교예 1 --- +3가 이하의 금속 무함유 유리 기판 상에서의 ZnO 박막 형성
"Corning Eagle XG glass (한국, 삼성코닝사)" 유리 기판을, 부피비로 5%의 묽은 황산 용액에 50℃에서 10분 담가서 평탄한 표면을 유지하면서 유리 기판의 표면으로부터 500 nm 깊이까지의 +3가 이하의 금속 이온을 용출하여 제거하였다. 이 유리기판 위에 상압기상화학증착법으로 ZnO 시드 형성 및 박막 형성을 수행하여, 최종 두께 30 nm의 ZnO 박막을 형성하였다. 이때, 증착 온도는 400℃이었고, 증착에 사용된 물질은 Zn 전구체(디에틸징크)와 산화제(산소)이었고, 증착 분위기는 질소 분위기이었고, 증착 시간은 1 분이었다.
도 2는, 비교예 1에서 제조된 ZnO 박막의 주사전자현미경 사진이다. 도 2에 타난 바와 같이, 비교예 1에서 제조된 ZnO 박막을 구성하는 ZnO 그레인의 평균 면밀도는 12개/(100nm)2 이었다.
도 1 및 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 증가된 +3가 이하 금속이온 성분 함량을 갖는 유리 기판을 사용한 실시예 1의 ZnO 박막의 ZnO 그레인의 입자크기는, +3가 이하 금속 성분을 함유하지 않는 유리 기판을 사용한 비교예 1의 ZnO 박막의 ZnO 그레인의 입자크기에 비하여, 현저히 작다. 이로부터, 증가된 +3가 이하 금속이온 성분 함량을 갖는 유리 기판을 사용함으로써, ZnO 시드의 형성밀도를 높일 수 있음을 알 수 있다.
실시예 2 --- +3가 이하의 금속 함유 유리 기판 상에서의 GZO 박막 형성
유리기판으로서, Ca과 Al이 개질제(modifier)로 첨가되어 있는 "Corning Eagle XG glass (한국, 삼성코닝사)"를 사용하였다. 이 유리기판의 +3가 이하의 금속 이온 금속 성분 함량은 25 wt%이었다.
이 유리기판 위에 상압기상화학증착법으로 GZO 시드 형성 및 박막 형성을 수행하여, 최종 두께 30 nm의 GZO 박막을 형성하였다. Ga도핑량은 5 wt%이었다. 이때, 증착 온도는 400 ℃이었고, 증착에 사용된 물질은 Zn 전구체(디에틸징크)와 산화제(산소)이었고, 증착 분위기는 질소분위기이었고, 증착 시간은 1 분이었다.
도 3은, 실시예 2에서 제조된 GZO 박막의 주사전자현미경 사진이다. 도 3에 나타난 바와 같이, 실시예 2에서 제조된 GZO 박막을 구성하는 GZO 그레인의 평균 면밀도는 20개/(100nm)2 이었다.
비교예 2 --- +3가 이하 금속이온 무함유 유리 기판 상에서의 GZO 박막 형성
"Corning Eagle XG glass (한국, 삼성코닝사)" 유리 기판을, 부피비로 5%의 묽은 황산 용액에 50℃에서 10 분 담가서 평탄한 표면을 유지하면서 유리 기판의 표면으로부터 500 nm 깊이까지의 +3가 이하의 금속 이온을 용출하여 제거하였다.
이 유리기판 위에 상압기상화학증착법으로 GZO 시드 형성 및 박막 형성을 수행하여, 최종 두께 30 nm의 GZO 박막(Ga 5wt%)을 형성하였다. 이때, 증착 온도는 400℃이었고, 증착에 사용된 물질은 Zn 전구체(디에틸징크)와 산화제(산소)이었고, 증착 분위기는 질소 분위기이었고, 증착 시간은 1 분이었다.
도 4는, 비교예 2에서 제조된 GZO 박막의 주사전자현미경 사진이다. 도 4에 타난 바와 같이, 비교예 2에서 제조된 GZO 박막을 구성하는 GZO 그레인의 평균 면밀도는 12.5 개/(100nm)2 이었다.
도 3 및 도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 증가된 +3가 이하 금속이온 성분 함량을 갖는 유리 기판을 사용한 실시예 1의 GZO 박막의 GZO 그레인의 입자크기는, +3가 이하 금속 성분을 함유하지 않는 유리 기판을 사용한 비교예 1의 GZO 박막의 GZO 그레인의 입자크기에 비하여, 현저히 작다. 이로부터, 증가된 +3가 이하 금속 성분 함량을 갖는 유리 기판을 사용함으로써, GZO 시드의 형성밀도를 높일 수 있음을 알 수 있다.
도 5는 실시예 1에서 제조된 ZnO 박막에 대한 EDX 깊이 프로파일 측정 결과이다. 도 5에 나타난 바와 같이, 유리 기판과 ZnO 박막 사이의 계면에 +3가 이하 금속의 급격한 증가가 발생하였다. 유리 기판과 ZnO 박막 사이의 계면에 +3가 이하 금속의 급격한 증가는 ZnO의 시드 형성을 촉진하게 한다. 도 6은 실시예 2에서 제조된 GZO 박막에 대한 EDX 깊이 프로파일 측정 결과이다. 도 6에 나타난 바와 같이, 유리 기판과 GZO 박막 사이의 계면에 +3가 이하 금속 이온의 급격한 증가가 발생하였다. 유리 기판과 GZO 박막 사이의 계면에 +3가 이하 금속 이온의 급격한 증가는 GZO의 시드 형성을 촉진하게 한다. 특히 Ga이 도핑된 경우는 ZnO가 초기성장시 계면 전하를 더욱 네거티브로 촉진하므로, 더욱 많은 +3가 이하 금속 이온이 유리기판 내부로부터 그 표면으로 이동할 수 있다.
도 7은 유리기판 위에 ZnO 박막 형성시 유리와 ZnO 박막의 계면이 음(-) 전하를 띠게 됨을 입증하는 분자 동력학 시뮬레이션(molecular dynamic simulation) 결과이다. 이로부터, 유리 내부에 존재하는 +3가 이하의 금속 이온이 ZnO와 유리와의 계면으로 이동함을 알 수 있다. 이로 인해 ZnO 시드 형성이 촉진된다. 도 8은 ZnO보다 GZO를 유리 위에 성장시킬 때 더욱 계면이 음(-) 전하를 가지게 됨을 증명하는 분자 동력학 시뮬레이션 결과이다. 따라서, 도 5보다 도 6에서 보이는 바와 같이, ZnO보다 GZO의 경우 유리에 존재하는 +3가 이하의 금속성분의 계면으로의 흡인이 더욱 현저하게 발생하게 된다.

Claims (8)

  1. 유리 기판 위에 ZnO계 물질을 증착하여 ZnO계 시드를 형성하는 방법에 있어서,
    300 ℃ 내지 600 ℃에서, 상기 유리 기판 내의 +3가 이하 금속 이온의 적어도 일부를 상기 유리 기판의 표면으로 이동시킴으로써, 상기 유리 기판 표면에서의 상기 ZnO계 시드의 형성을 촉진시키는,
    유리 기판 위에서의 ZnO계 시드 형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 +3가 이하 금속은 Na, Al, Ca, K, 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는, 유리 기판 위에서의 ZnO계 시드 형성 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 유리 기판의 상기 +3가 이하 금속 이온의 초기 함량은, 상기 유리 기판 전체 중량 100 wt%를 기준으로 하여, 10 내지 30 wt%인 것을 특징으로 하는, 유리 기판 위에서의 ZnO계 시드 형성 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 ZnO계 물질은 Ga, Al, B, 또는 이들의 조합과 같은 도펀트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 유리 기판 위에서의 ZnO계 시드 형성 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 생성된 ZnO계 시드 중의 상기 도펀트의 함량은, 상기 도펀트를 포함하는 상기 ZnO계 시드 전체 중량 100 wt%를 기준으로 하여, 2 내지 10 wt%인 것을 특징으로 하는, 유리 기판 위에서의 ZnO계 시드 형성 방법.
  6. 유리 기판 위에 ZnO계 물질을 증착하여 ZnO계 시드를 형성하는 단계로서, 300 ℃ 내지 600 ℃에서, 상기 유리 기판 내의 적어도 일부의 +3가 이하 금속 이온을 상기 유리 기판의 표면으로 이동시킴으로써, 상기 유리 기판 표면에서의 상기 ZnO계 시드의 형성을 촉진시키는 단계; 및
    상기 ZnO계 시드에 ZnO계 물질을 증착하여, 상기 ZnO계 시드를 성장시켜서, ZnO계 박막을 형성하는 단계;를 포함하는,
    ZnO계 박막 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 ZnO계 박막을 형성하는 단계에서의 상기 ZnO계 물질은, Ga, Al, B, 또는 이들의 조합과 같은 도펀트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, ZnO계 박막 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 형성된 ZnO계 박막 중의 도펀트의 함량은, 상기 도펀트를 포함하는 상기 ZnO계 박막 전체 중량 100 wt%를 기준으로 하여, 2 내지 10 wt%인 것을 특징으로 하는, ZnO계 박막 제조 방법.
KR1020130071944A 2013-06-21 2013-06-21 유리 기판 위에서의 ZnO계 시드 형성 방법 KR101779931B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130071944A KR101779931B1 (ko) 2013-06-21 2013-06-21 유리 기판 위에서의 ZnO계 시드 형성 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130071944A KR101779931B1 (ko) 2013-06-21 2013-06-21 유리 기판 위에서의 ZnO계 시드 형성 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150000083A KR20150000083A (ko) 2015-01-02
KR101779931B1 true KR101779931B1 (ko) 2017-09-20

Family

ID=52474281

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130071944A KR101779931B1 (ko) 2013-06-21 2013-06-21 유리 기판 위에서의 ZnO계 시드 형성 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101779931B1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5212968B2 (ja) * 2007-08-01 2013-06-19 独立行政法人物質・材料研究機構 素子基板とその製造法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5212968B2 (ja) * 2007-08-01 2013-06-19 独立行政法人物質・材料研究機構 素子基板とその製造法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20150000083A (ko) 2015-01-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5005772B2 (ja) 導電性積層体およびその製造方法
US9493869B2 (en) Transparent conductive film
Zhu et al. Sputtering deposition of transparent conductive F-doped SnO2 (FTO) thin films in hydrogen-containing atmosphere
US20120286219A1 (en) Sputtering target, semiconducting compound film, solar cell comprising semiconducting compound film, and method of producing semiconducting compound film
Hong et al. Shape‐Controlled Nanoarchitectures Using Nanowalls
CN109082631B (zh) 一种Ga2O3基透明导电薄膜及其制备方法
KR20070050143A (ko) 투명성 산화 전극 제조 방법
TW200913284A (en) Method for the production of a transparent conductive oxide coating
KR101779931B1 (ko) 유리 기판 위에서의 ZnO계 시드 형성 방법
KR102069192B1 (ko) 나노 결정 형성 방법 및 나노 결정의 형성된 박막을 포함한 유기 발광 표시 장치의 제조 방법
JP6709171B2 (ja) 透明導電膜及び透明導電膜の製造方法
Chen et al. Structural investigation of ZnO: Al films deposited on the Si substrates by radio frequency magnetron sputtering
JP2012138228A (ja) 透明導電薄膜およびその製造方法
CN108640532A (zh) 一种薄膜太阳能电池用陷光玻璃的制备方法
Saragih et al. Study on the doping effect of Cu-doped ZnO thin films deposited by Co-sputering technique
CN104120388B (zh) 纳米晶形成方法和制造有机发光显示装置的方法
CN102268638A (zh) In、Nb共掺杂ZnO基透明导电薄膜及其制备方法
KR101108126B1 (ko) 산화아연계 박막 및 투명전도막의 제조방법
JP6037239B2 (ja) 透明導電膜、これを用いた装置または太陽電池、及び透明導電膜の製造方法
KR100806681B1 (ko) 주기적 급속 열처리에 의한 고전도성 산화아연의 제조방법
KR101105103B1 (ko) 반도체 나노 막대, 반도체 나노 막대의 제조방법, 반도체나노 막대를 포함하는 태양 전지 및 반도체 나노막대를포함하는 전계 발광 소자
Chen et al. Influence of annealing temperature on the characteristics of Ti-codoped GZO thin solid film
KR20120119342A (ko) 산화아연계 투명 전도성 산화막 제조방법 및 이에 의해 제조되는 산화아연계 투명 전도성 산화막
Chen et al. Improvement of electrical characteristics and wet etching procedures for InGaTiO electrodes in organic light-emitting diodes through hydrogen doping
JP5689378B2 (ja) 透明導電膜

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant