KR20130025069A - Ｒｆ 마그네트론 스퍼터링을 이용한 ｉｔｏ나노막대의 제조방법 - Google Patents

Ｒｆ 마그네트론 스퍼터링을 이용한 ｉｔｏ나노막대의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 RF 마그네트론 스퍼터링을 이용한 ITO 나노막대의 제조방법은 종래의 고온 합성법인 VLS 방법에 비하여 현저하게 낮은 온도에서 저렴한 비용으로 대량생산이 가능하므로 글래스 기판을 이용하는 경우에도 이를 녹이지 않고 공정을 수행할 수 있다. 나아가 특정온도에서 후처리 공정(어닐링 공정)을 수행하는 경우 투과도를 현저하게 향상시킬 수 있다.

Description

ＲＦ 마그네트론 스퍼터링을 이용한 ＩＴＯ나노막대의 제조방법{Manufacturing method of ITO nanorods using RF magnetron sputtering}
본 발명은 RF 마그네트론 스퍼터링을 이용한 ITO 나노막대의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래의 고온 합성법인 VLS 방법에 비하여 현저하게 낮은 온도에서 저렴한 비용으로 대량생산을 할 수 있는 RF 마그네트론 스퍼터링을 이용한 ITO 나노막대의 제조방법을 제공하는 것이다.
ITO는 Liquid Crystal Display, Light-Emitting Diodes, Solar cells, Sensor 등의 광전소자 제작에 사용되고 있는 매우 중요한 투명전도성 물질이다. 이러한 높은 투과성과 전도성을 지닌 ITO박막은 다양한 방법으로 현재까지도 개발되어지고 있다. 최근에는 ITO 박막이 아닌 나노막대모양으로 ITO를 제조하는 방법이 개발되고 있는데 이러한 나노막대모양의 ITO는 표면적의 증가와 새로운 물리적 특성을 지니기 때문에 다양한 분야로의 적용이 가능할 것으로 기대되고 있다. 그림 1에서와 같이 박막 형태 뿐 아니라 나노막대모양의 ITO는 염료감응형 태양전지, 에탄올의 검출, Light-Emitting Diodes (LEDs), Field Emitter 등의 소자에 적용할 수 있다고 알려져 있다. 최근 O'Dwyer 연구진에서는 LED 소자에 적용하기 위한 높은 전도성과 가시광선 영역에서 적외선 영역까지 투과율이 높은 ITO를 bottom-up 방식을 이용하여 합성할 수 있음을 발표하였다.
한편, 나노막대(nanorod) 모양의 ITO를 합성하기 위해서는 다양한 방법이 존재하지만, 기본적으로 기체상의 이동을 이용하는 Vapor-Liquid-Solid(VLS) 방식을 기반으로 하고 있다. 이러한 VLS 방식을 기반으로 하는 합성방법으로는 Pulsed Laser Deposition(PLD), Oblique Angle Deposition (OAD), Molecular Beam Epitaxy(MBE), Direct Deposition from Fram(DDF) 등의 방법이 존재한다. 위와 같은 공정들은 나노막대모양의 ITO를 합성하는 자체는 비교적 쉽지만, 몇 가지 단점들이 존재한다. 대부분이 1000℃에 가까운 고온에서 합성되기 때문에 사용할 수 있는 기판의 제약이 많이 발생하게 된다. 이 경우 글래스 기판이 녹아버리게 되므로 이를 이용하기 어려운 문제가 있다.
또한 산업화에 적용할 수 있도록 하려면 단위 시간당 생산량이 중요하게 되므로 대면적 공정이 필수라고 할 수 있다. 물론 위에서 언급한 방법으로 대면적 공정이 가능하지만 이를 위해 대형 챔버를 제작하여 합성하면 생산비용이 현저하게 증가하는 문제가 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 해결하려는 과제는 종래의 고온 합성법인 VLS 방법에 비하여 현저하게 낮은 온도에서 저렴한 비용으로 대량생산을 할 수 있는 RF 마그네트론 스퍼터링을 이용한 ITO 나노막대의 제조방법을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 과제를 달성하기 위하여, ITO 타겟이 구비된 RF 마그네트론 스퍼터링 챔버내로 기판을 장입하는 단계를 포함하며, RF 마그네트론 스퍼터링 공정에서 기판온도가 400 ~ 600 ℃인 것을 특징으로 하는 RF 마그네트론 스퍼터링을 이용한 ITO 나노막대의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 RF 마그네트론 스퍼터링 공정에서 기판온도는 450 ~ 550℃이고, 증착압력은 5.0 ×10-3 ~ 9.0 ×10-3 torr이고, 인가출력은 25 ~ 40W 일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 ITO 나노막대의 저항값은 8Ω/square 이하일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 기판은 ITO, 글래스, 실리콘 및 ITO가 코팅된 글래스일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 RF 마그네트론 스퍼터링 공정을 거친 ITO 나노막대가 형성된 기판을 챔버에서 꺼내고 이를 230 ~ 270℃에서 30분 ~ 2시간동안 열처리 공정을 수행할 수 있다.
본 발명의 RF 마그네트론 스퍼터링을 이용한 ITO 나노막대의 제조방법은 종래의 고온 합성법인 VLS 방법에 비하여 현저하게 낮은 온도에서 저렴한 비용으로 대량생산이 가능하므로 글래스 기판을 이용하는 경우에도 이를 녹이지 않고 공정을 수행할 수 있다. 나아가 특정온도에서 후처리 공정(어닐링 공정)을 수행하는 경우 투과도를 현저하게 향상시킬 수 있다.
또한 낮은 온도에서 증착이 가능하므로 증착층과 기판사이의 열적 확산이나 기판의 구조 변화를 막을 수 있고 열팽창 계수 차이로 인한 잔류응력을 감소시키므로 기판의 물질의 선택에 제한이 없다. 또한 ITO 나노막대의 길이(높이), 두께, density 조절을 쉽게 제어할 수 있어 여러 다양한 소자에 적합하게 제조, 적용하는데 수월하다.
도 1은 ITO 나노막대의 적용분야를 나타내는 개략도이다.
도 2는 온도별로 glass 기판에 증착한 ITO의 FE-SEM 사진이다.
도 3은 glass 기판에 시간별로 증착한 ITO의 FE-SEM 사진이다.
도 4는 온도별로 silicon, glass, ITO 기판위에 증착한 나노막대 ITO의 저항 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 온도별로 glass 기판에 증착한 ITO의 열처리 전후의 투과율을 나타내는 그래프이다 (왼쪽 : 열처리 전, 오른쪽 : 열처리 후).
도 6은 온도별, 시간별로 증착한 ITO의 XRD 패턴을 나타내는 그래프이다 (왼쪽 : 온도 조건, 오른쪽 : 시간 조건)
도 7은 500℃ 조건에서 증착한 나노막대모양 ITO의 TEM, SAED 패턴 사진이다.
도 8은 최적 조건으로 2-inch glass wafer에 증착된 ITO의 사진과 투과율을 나타내는 그래프이다.
이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
상술한 바와 같이 종래의 VLS 방법에 의한 ITO 나노막대의 제조는 1000℃에 가까운 고온에서 합성되기 때문에 사용할 수 있는 기판의 제약이 많이 발생할 뿐만 아니라 대량생산을 위해 많은 비용이 소모되는 문제가 있었다.
이에 본 발명에서는 ITO 타겟이 구비된 RF 마그네트론 스퍼터링 챔버내로 기판을 장입하는 단계를 포함하며, RF 마그네트론 스퍼터링 공정에서 기판온도가 400 ~ 600 ℃인 것을 특징으로 하는 RF 마그네트론 스퍼터링을 이용한 ITO 나노막대의 제조방법을 제공하여 상술한 문제의 해결을 도모하였다. 이를 통해 종래의 고온 합성법인 VLS 방법에 비하여 현저하게 낮은 온도에서 저렴한 비용으로 대량생산이 가능하다.
본 발명에서는 ITO 나노막대를 제조하기 위하여 RF 마그네트론 스퍼터링 공정을 이용한다. 구체적으로 스퍼터링(sputtering)법은 높은 운동에너지를 지닌 입자를 고체상태나 액체상태의 물질 표면(타겟)에 충돌함으로서 운동량을 전달하여 타겟(target)으로부터 증착할 물질을 떼어내고, 떼어낸 물질(원자 또는 이온)을 기판에 증착하는 방법이다. 기판에 증착할 물질을 타겟으로부터 떼어내는 방법으로는 전압차에 의해 가속화된 이온을 이용한다. 이온을 가속하여 타겟으로부터 증착할 물질을 떼어내고 기판에 증착하기 위해서는 챔버 내에 이온을 공급할 수 있는 플라즈마 상태가 유지되어야 한다. 스퍼터링법은 크게 전원에 따라서 DC(direct current) 전원을 사용하는 DC 스퍼터링과 RF(radio frequency) 전원을 사용하는 RF 스퍼터링으로 나눌수 있으며 플라즈마 밀도에 영향을 미치는 자기장 이용 여부에 따라 스퍼터링과 마그네트론 스퍼터링으로 나눌수 있다. 본 발명에서는 RF 마그네트론 스퍼터링법을 사용하였으며 RF 마그네트론 스퍼터링법은 전원으로서 고주파(radio frequency; RF)를 사용하고, 플라즈마의 밀도를 높이기 위하여 자기장을 이용하는 방법을 말한다.
스퍼터링 공정에서의 증착 속도는 타겟의 스퍼터링 속도와 질결되며 스퍼터링 속도는 플라즈마의 밀도-이온화율(ionization rate)에 가장 큰 영향을 받는데 고밀도의 플라즈마와 높은 이온화율이 되기 위해서 이용되는 것이 마그네트론과 RF 방법이다. 마그네트론 스퍼터링은 음극 타겟 배면에 자성 물질을 부착하여 전기장에 수직한 자기장을 형성함으로써 전자들의 움직임을 타겟 주위로 구속하고 이동 경로를 길게 연장시킴으로서 스퍼터링율을 높일 수 있다. RF 스퍼터링은 DC 스퍼터링에 비해 이온화율이 높아 더 낮은 압력에서 공정이 가능하고 빠른 증착속도를 갖고 있으며 이온들의 에너지가 낮아서 기판과의 충돌효과가 상대적으로 작은 장점을 가지고 있다. 이러한 장점으로 RF 마그네트론 스퍼터링법은 높은 이온화율과 고밀도의 플라즈마를 이용하여 빠른 시간 내에 순도 높은 ITO 나노막대를 증착할 수 있고 대량 생산에 적합하게 이용될 수 있다.
이를 위하여 ITO 타겟이 구비된 RF 마그네트론 스퍼터링 챔버내로 기판을 장입한다. 먼저 본 발명에 사용될 수 있는 RF 마그네트론 스퍼터링 장치는 통상적으로 증착공정에 사용되는 RF 마그네트론 스퍼터링 장치를 사용할 수 있다.
한편, 본 발명에 사용되는 기판은ITO, 글래스, 실리콘 및 ITO가 코팅된 글래스등의 다양한 재질을 갖는 기판을 사용할 수 있다. 그러나, 글래스, 실리콘 기판을 사용하는 것보다 ITO가 코팅된 글래스 기판을 사용하는 것이 저항을 최소화하면서 광학물성을 현저하게 향상시키는데 매우 효과적이다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 RF 마그네트론 스퍼터링 공정에서 기판온도는 400 ~ 600℃, 보다 바람직하게는 450 ~ 550℃인 것이 ITO 나노막대의 형성에 가장 효과적이다. 만일 기판의 온도가 400℃ 미만이면 나노막대의 성장이 제대로 이루어지지 않으며, 600℃를 초과하면 글래스 기판의 경우 글래스가 녹아버리는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 RF 마그네트론 스퍼터링 공정에서 증착압력은 5.0 ×10-3 ~ 9.0 ×10-3 torr일 수 있다. 만일 증착압력이 5.0 ×10-3 torr 미만이면 ITO 나노막대의 증착율이 증가하여 원하는 높이(길이)보다 높게 증착되고 이에 따라 투과도가 감소하는 문제가 발생할 수 있고, 9.0 ×10-3 torr를 초과하면 ITO 나노막대의 증착율이 감소하여 원하는 높이(길이)만큼 증착하지 못하는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 RF 마그네트론 스퍼터링 공정에서 인가출력은 25 ~ 40W일 수 있다. 만일 인가출력이 25W 미만이면 ITO 나노막대의 증착율이 감소하여 원하는 높이(길이)만큼 증착하지 못하고 두께 또한 일정하지 않게 증착되는 문제가 발생할 수 있고, 40W를 초과하면 ITO 나노막대의 증착율이 증가하여 원하는 높이(길이)보다 높게 증착되고 이에 따라 투과도가 감소하는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 RF 마그네트론 스퍼터링 공정의 대기분위기는 아르곤 분위기 이거나, 아르곤에 산소 또는 질소를 혼합한 분위기일 수 있다.
또한 스퍼터링 시간은 10 분 ~ 60분 동안 수행할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
한편, 상기 RF 마그네트론 스퍼터링 공정을 수행하면 기판의 표면에 ITO 나노막대가 형성된다. 이후, 이를 챔버에서 꺼내고 이를 230 ~ 270℃에서 30분 ~ 2시간동안 열처리 공정(어닐링 공정)을 수행하는 경우 도 5 및 도 8에서 알 수 있듯이 투과도를 현저하게 향상시킬 수 있게 된다.
이하, 본 발명을 실시예를 통해 상세히 설명하나 본 발명의 권리범위가 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
<실시예 1>
나노막대모양의 ITO를 합성하기 위해 ITO 기판을 사용하였다. 스퍼터 내부에 삽입되는 홀더는 여러 종류의 크기로 제작되어 있기 때문에 홀더에 따라 다른 크기의 기판을 사용할 수 있도록 되어있다. 정사각형의 모양으로는 20X20, 25X25, 50X50mm 크기의 기판을 증착할수 있는 홀더를 사용할 수 있으며 원형으로는 2-inch 크기로 제작이 가능한 홀더가 있다. 본 발명에서는 가로세로 20X20mm의 기판을 증착할수 있는 홀더를 이용하여 주로 제작하였으며, 대면적이 가능함을 보이기 위해 최종적으로 2-inch wafer 크기의 원형 기판을 증착할수 있는 홀더를 이용하여 시편을 제작하였다.
기판을 로딩하기 전 아세톤, 에탄올, 증류수의 순서로 각각 10분간 sonicator를 이용하여 세척하였다. 이후 질소를 이용하여 건조한 후 120℃ 진공 오븐에 1시간 동안 건조를 시켜 사용하였다.
이후, 상기 세척된 ITO 기판을 직경 3″의 마그네트론 타겟(magnetron target)이 장착된 RF 마그네트론 스퍼터링 (magnetron sputtering) 챔버 내부에 넣고 스퍼터링 공정을 수행하였다. 스퍼터 공정 조건은 다음과 같다
- background 압력: 2×10-6 Torr,
-공정압력 : 7.8×10-3 Torr,
-RF-파워 : 30W,
- 타겟물질 : 세 개의 작은 인듐 디스크를 2-inch ITO 타겟 위에 위치시킴
스퍼터링의 증착시의 온도, 증착 시간, 기판을 변화시켜 가며 분석하였다. 기판의 온도는 25, 100, 200, 300, 400, 500℃ 로 1시간동안 증착하였으며, 증착 시간을 변화시킬 경우에는 10, 20, 40, 60분으로 진행하였다.
이후, 챔버에서 ITO 나노막대가 성장한 기판을 꺼내고 이를 250℃에서 열처리(어닐링) 공정을 수행하였다.
스퍼터를 이용하여 합성한 ITO는 광학적, 전기적 분석뿐만 아니라 물질의 기본적인 특성 또한 평가되었다. ITO의 모양을 확인 하기위해 Field Emission Scanning Electron Microscope (FE-SEM; JSM7401F, Jeol)을 사용하였고, 구조 분석을 위해 X-ray Diffractometer (XRD; X'pert system, Philips)를 사용하였다. Transmittance Electron Microscope (TEM; JEM2100F)를 사용하여 ITO의 구조를 좀 더 세밀하게 조사하고, selected area electron diffraction(SAED) pattern으로 결정 구조와 원자간 간격을 확인하였다. 또한 ITO의 가장 중요한 광학적, 전기적 특성을 분석하기 위해 UV-visible spectrophotometer(PSI Co. Ltd., Darsar) 기기와 4-point probe를 사용하였다. ITO의 투과도의 변화를 측정하기 위해 산소 분위기에서 1시간동안 250℃에서 열처리한 샘플과 열처리하지 않은 샘플을 비교하였다.
<실시예 2>
ITO 기판을 대신하여 유리(glass)기판을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 ITO 나노막대를 제작하였다.
<실시예 3>
ITO 기판을 대신하여 실리콘 기판을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 ITO 나노막대를 제작하였다.
<실험예 1> 증착조건의 변화에 따른 ITO 나노막대의 형상
도 2는 25~500℃의 온도 구간에서 100℃ 간격으로 glass 기판에 1시간 동안 증착한 ITO의 단면과 표면의 FE-SEM 사진이다. 25~100℃ 구간에서는 박막 형태로 증착되며, 200℃ 조건에서는 둥근 모양의 결정(seed)이 형성되는 것을 확인 하였다. 또한 300~400℃ 조건에서는 나노막대모양의 ITO가 형성되며 온도가 증가할수록 점차 확실해지는 것을 확인할 수 있었다. 이렇게 합성된 나노막대모양의 ITO는 500℃ 조건에서 가장 확실한 모양을 형성하였고, 성장률은 1um/hr 정도를 갖는 것을 확인 하였다.
시간 변화 실험의 경우, 500℃ 조건에서 나노막대모양이 가장 잘 형성되었기 때문에 이 온도 조건으로 시간을 달리하여 증착하였고, 그 결과 도 3에서 보이는 것처럼 FE-SEM을 이용하여 확인할 수 있었다. 10, 20, 40, 60분으로 나누어 증착한 후 표면과 단면을 확인하였고 증착 시간에 상관없이 박막 및 나노막대모양의 ITO가 형성되는 것을 확인 하였고, 증착 시간이 짧을수록 단위면적당 존재하는 나노막대 모양 ITO의 수가 적어지는 것을 볼 수 있었다.
<실험예 2> ITO 나노막대의 전기적, 광학적 특성을 평가
상기 실시예 1 ~ 3을 통해 제조된 ITO 나노막대의 전기적, 광학적 특성을 평가하기 위해 4-point probe와 UV-visible spectro photometer 기기를 사용하여 조사하였다. 먼저 전기적 특성인 저항을 도 4와 같이 측정하였다. Silicon, glass, ITO 기판위에 박막 및 나노막대모양 ITO를 증착하였고 이를 각 온도별로 증착한 결과이다. 우선 glass와 Silicon 기판은 온도가 증가함에 따라 저항이 점차 낮아지는 것을 확인할 수 있었다. 500℃ 조건에서는 시판되고 있는 박막형태의 ITO보다 다소 높은 50~60Ω/square 정도의 저항값을 나타내었다. ITO 전극물질이 이미 증착되어 있는 ITO기판을 이용하여 증착한 결과 파란색 선이 나타내는 것과 같이 ~10Ω/square정도의 저항이 유지되는 것을 확인할 수 있었으며 최적 조건인 500℃ 조건에서는 8Ω/square 까지도 얻을 수 있었다. 이는 본래 25Ω/squre 의 저항을 가지고 있는 ITO기판이 스퍼터링 증착에 의하여 감소한 것을 보여주고 있다.
이를 통해 ITO 기판을 사용하는 것이 다른 기판을 사용하는 것에 비하여 제조된 ITO 나노막대의 전기저항을 현저하게 낮출 수 있음을 확인할 수 있다.
도 5는 온도별로 증착한 박막 및 나노막대모양 ITO의 광학적 특성인 투과율을 조사한 그래프로서 좌측은 기판가열 후 이를 챔버에서 꺼내고 다시 열처리를 거치지 않은 투과율 그래프이고, 우측은 250℃에서 1시간동안 열처리를 거친 투과율 그래프이다. 우선 도 5에서 왼쪽의 열처리 전의 그래프를 보면 200℃ 조건까지 온도가 증가함에 따라 투과율이 ~52% 까지 감소 (550nm에서 볼 경우) 하지만 이후 300~500℃로 온도가 증가할 경우 투과율이 ~87%까지 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이는 위에서 언급된 것과 같이 300℃부터 나노막대가 형성되기 때문이다. 오른쪽의 열처리 후의 투과율을 보면 전체적으로 전기전도도의 감소 없이 투과도가 향상된 것을 확인할 수 있었다.
보통 ITO 박막과 나노막대의 투과도는 결정 내에서의 oxygen vacancy와 반응하지 않은 인듐 메탈의 양과 관련이 있다. 일반적으로 oxygen vacancy와 인듐 메탈의 양이 많아지게 되면 ITO의 가시광선영역에서의 투과도는 낮아지게 된다. 이는 ITO를 산화시키거나 oxygen vacancy와 인듐 메탈의 양을 감소시키면 투과도를 증가시킬 수 있다는 뜻이다. 그러나 이전 보고에 따르면 산화시키는 온도가 증가할수록 ITO의 저항이 증가되는 문제가 있었다. 이에 본 발명에서는 저항의 변화 없이 투과도를 증가시키는 실험을 통하여 후처리 공정으로서 250℃에서 1시간동안 열처리하는 조건이 현저하게 투과도를 향상할 수 있음을 확인하였다. 산소는 5% 산소분위기 (95% 질소)에서 수행되었다.
<실험예 3> ITO 나노막대의 결정구조 분석
ITO 나노막대의 중요 특성인 광학적, 전기적 특성은 새로운 증착 조건과 사용 기판의 변화를 통해 향상시킬 수 있었다. 이렇게 제작된 ITO는 단결정의 cubic bixbyite 구조를 보유해야 하기 때문에 XRD와 TEM을 이용하여 ITO의 결정 구조, 결정성, 성장 방향, 원자간 간격 등을 조사하였다.
도 6은 온도별, 시간별로 glass 기판위에 증착한 ITO의 XRD pattern 결과 그래프이며, 이 결과를 통해 결정 구조와 성장 방향에 대해 조사할 수 있었다. 우선 왼쪽의 온도 조건에 따른 결과를 보면 투과율 및 저항이 좋지 않은 25~100℃ 조건의 시료의 경우 아무런 peak가 보이지 않는 것을 확인할 수 있었고 결정성이 형성되지 않은 상태이기 때문이라는 것을 알 수 있었다. 이후 증착 온도가 증가 하면서 점차 부수적인 peak가 나타나는 것으로 보아 결정은 200℃ 부근에서부터 형성되는 것을 알 수 있었으며 (222), (400) 면이 증착 온도가 증가할수록 크게 증가하는 것을 확인하였다. 이를 통해 박막 및 나노막대모양 ITO의 결정을 구성하는 주 성장면과 성장 방향이 (222), (400) 면임을 추측할 수 있었다.
오른쪽의 증착 시간을 달리하여 조사한 XRD pattern 결과를 확인하면 마찬가지로 (222), (400) 면의 peak가 큰 폭으로 증가하는 것으로 보아 주 성장면과 성장방향임을 예상할 수 있었고, 대부분 ITO에서는 (222) 면이 주 성장면이라고 알려져 있기 때문에 주 성장면을 (222) 면으로, 성장 방향을 (400) 면으로 예상할 수 있었다.
XRD 결과만으로는 정확한 판단을 할 수 없기 때문에 TEM을 이용하여 좀 더 세밀한 분석을 하게 되었다. 도 7은 500℃ 조건에서 glass 기판위에 1시간 동안 증착한 나노막대모양 ITO 한 개를 떼어내어 측정한 TEM 사진이다. 도 7의 (a)에서와 같이 나노막대모양 한 개를 세 부분으로 나누어 측정하였다. 각 부분은 순서대로 (b) Top, (c) Middle, (d)Bottom으로 고배율 사진을 얻었고, 각 사진속의 좌측하단이 사진은 SAED pattern으로 결정성과 결정 모양을 확인할 수 있다. 우선 그림 8의 (b),(c),(d)의 SAED pattern 사진을 보면 일정한 간격으로 정사각형을 이루며 pattern이 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다. 이를 통해 합성된 ITO는 단결정의 cubic구조임을 알 수 있었으며, 이 점들은 실제 원자간 배열과의 역격자 관계임으로 계산을 통해 실제 원자간 거리를 구할 수 있었다. 각각의 원자간 거리를 구한 결과 Top 부분은 0.247nm, Middle & Bottom 부분은 0.252nm임을 확인하였다. 원자간 간격을 통해 나노막대모양 ITO의 결정 성장 방향을 분석한 결과 XRD pattern으로 예상한 (400) 면임을 확인하였다. 또한 Top 부분과 나머지 부분의 원자간 간격이 다르게 측정되어 성분 분석을 통해 각 부분의 성분을 조사한 결과 Top 부분은 In2O3, 나머지 부분은 In2O3-SnO2의 ITO로 구성되어 있음을 확인하였다. 이 결과로 Top 부분의 원자간 간격이 나머지 부분에 비해 짧은 이유를 알 수 있었는데, 이것은 ITO는 기본적인 결정을 구성하고 있는 In2O3에 Sn 이온이 첨가된 형태이기 때문에 이온반경이 큰 Sn이 첨가되면서 원래의 원자간 간격보다 넓어지게 되기 때문이다.
<실험예 4> ITO 나노막대의 최적 제조조건 확인
도 8은 2-inch 크기의 glass wafer에 증착한 ITO 나노막대(기판온도 500℃에서 스퍼터링)를 챔버에서 꺼내고 이를 산소분위기하에서 250℃로 1시간 동안 열처리하기 전과 후의 사진과 투과율을 보여주고 있다. 위의 설명과 같이 후공정으로서 250℃로 열처리할 경우 ITO 나노막대의 전 가시광선 영역에서 투과도가 증가한 것을 볼 수 있다.
본 발명의 RF 마그네트론 스퍼터링을 이용한 ITO 나노막대의 제조방법은 태양전지, 액정 셀 및 가스센서 분야에서 유용하게 활용될 수 있다.

Claims (5)

  1. ITO 타겟이 구비된 RF 마그네트론 스퍼터링 챔버내로 기판을 장입하는 단계를 포함하며, RF 마그네트론 스퍼터링 공정에서 기판온도가 400 ~ 600 ℃인 것을 특징으로 하는 RF 마그네트론 스퍼터링을 이용한 ITO 나노막대의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 RF 마그네트론 스퍼터링 공정에서 기판온도는 450 ~ 550℃이고, 증착압력은 5.0 ×10-3 ~ 9.0 ×10-3 torr이고, 인가출력은 25 ~ 40W 인 것을 특징으로 하는 RF 마그네트론 스퍼터링을 이용한 ITO 나노막대의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 ITO 나노막대의 저항값은 8Ω/sqare 이하인 것을 특징으로 하는 RF 마그네트론 스퍼터링을 이용한 ITO 나노막대의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 ITO, 글래스, 실리콘 및 ITO가 코팅된 글래스인 것을 특징으로 하는 RF 마그네트론 스퍼터링을 이용한 ITO 나노막대의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 RF 마그네트론 스퍼터링 공정을 거친 ITO 나노막대가 형성된 기판을 챔버에서 꺼내고 이를 230 ~ 270℃에서 30분 ~ 2시간동안 열처리 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 ITO 나노막대의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20150123528A (ko) * 2014-04-25 2015-11-04 국민대학교산학협력단 수퍼캐패시터용 투명전극, 그 제조방법 및 상기 투명전극을 포함한 수퍼캐패시터

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20150123528A (ko) * 2014-04-25 2015-11-04 국민대학교산학협력단 수퍼캐패시터용 투명전극, 그 제조방법 및 상기 투명전극을 포함한 수퍼캐패시터

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