KR20230081852A - 원자층 증착법에 의한 산화막 제조 방법 및 이에 의한 반도체 소자 및 페로브스카이트 태양 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 공정 챔버의 내부에 안착되는 기판의 상면으로 형성하고자 하는 산화막의 금속 원소를 포함하는 금속 전구체를 공급하여 증착시키는 금속 전구체 증착 단계와, 공정 챔버의 내부로 퍼지 가스를 공급하여 공정 챔버의 내부에 잔존하는 미반응 금속 전구체를 제거하는 제 1 퍼지 단계와, 기판의 상부로 대기압 이상의 치밀화 압력으로 산화제를 공급하여 산화막을 형성하는 산화막 가압 형성 단계 및 상기 공정 챔버의 내부로 퍼지 가스를 공급하여 상기 공정 챔버의 내부에 잔존하는 미반응 산화제를 제거하는 제 2 퍼지 단계를 포함하는 산화막 제조 방법 및 이에 의한 반도체 소자 및 페로브스카이트 태양 전지를 개시한다.
Description
본 발명은 원자층 증착법을 이용한 산화막 제조 방법 및 이에 의한 반도체 소자 및 페로브스카이트 태양 전지에 관한 것이다.
반도체 소자는 저전력화와 같은 기능 강화와 제품 경박단소를 위하여 고집적화가 진행되고 있다. 상기 반도체 소자는 더 작은 크기로 미세화(scaling down)되면서 박막의 증착 두께와 폭을 감소시키는 것이 요구된다. 상기 반도체 소자는 고유전율을 가지는 산화막을 포함하고 있다.상기 고유전율 특성을 갖는 산화막으로 HfO2, ZrO2 및 TiO2와 산화막이 있다. 상기 반도체 소자의 산화막은 초기 공정의 유도 시간(induction time)없는 원자층증착법에 의한 층별(layer-by-layer)성장이 요구되고 있다. 또한, 상기 반도체 소자의 산화막은 산소가 부족한 HfO2-x와 같은 조성으로 형성되어 유전체 산화막에 결함이 발생되는 것이 요구되고 있다.
또한, 페로브스카이트 태양 전지는 신뢰성 확보를 위하여 기존의 유기물 전하수송층을 무기물 전하수송층(ETL, HTL)으로 전환하고 있다. 상기 전하수송층은 주로 진공증착법에 의하여 증착되고 있다. 최근에는 상기 전하 수송층을 원자층 증착법으로 제조하고자 하는 연구가 진행되고 있다. 상기 전하 수송층은 더 좋은 전하 이송 특성과 제조 공정중에 프리커서의 불순물 혼입 방지를 위하여 더 치밀한(dense) 박막으로 형성되는 것이 요구되고 있다. 또한, 상기 전하 수송층은 외부의 환경 습기로부터 보호와 상부층에서의 원소 확산을 방지하기 위하여 더 치밀한 박막이 요구된다.
본 발명은 보다 치밀한 산화막을 형성할 수 있는 원자층 증착법에 의한 산화막 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 보다 치밀한 산화막을 형성할 수 있는 산화막 제조 방법에 의한 산화막을 구비하는 반도체 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 보다 치밀한 산화막을 형성할 수 있는 산화막 제조 방법에 의한 전하 수송층을 구비하는 페로브스카이트 태양 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 원자층 증착법에 의한 산화막 제조 방법은 공정 챔버의 내부에 안착되는 기판의 상면으로 형성하고자 하는 산화막의 금속 원소를 포함하는 금속 전구체를 공급하여 증착시키는 금속 전구체 증착 단계와, 상기 공정 챔버의 내부로 퍼지 가스를 공급하여 상기 공정 챔버의 내부에 잔존하는 미반응 금속 전구체를 제거하는 제 1 퍼지 단계와, 상기 기판의 상부로 소정의 치밀화 압력으로 산화제를 공급하여 산화막을 형성하는 산화막 가압 형성 단계 및 상기 공정 챔버의 내부로 퍼지 가스를 공급하여 상기 공정 챔버의 내부에 잔존하는 미반응 산화제를 제거하는 제 2 퍼지 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 치밀화 압력은 1 ∼ 5atm일 수 있다.
또한, 상기 산화막 가압 형성 단계는 1 ~ 100초의 반응 시간 동안 진행될 수 있다.
또한, 상기 산화막 가압 형성 단계는 100 ~ 400℃의 반응 온도에서 진행될 수 있다.
또한, 상기 산화막 가압 형성 단계는 상기 공정 챔버와 진공 펌프를 연결하는 배기구를 차단하거나 상기 진공 펌프의 작동을 중지시킨 후에 진행될 수 있다.
또한, 상기 산화막 가압 형성 단계는 상기 산화제를 상기 공정 챔버의내부로 공급하여 상기 공정 챔버의 내부 압력을 치밀화 압력으로 증가시키면서 진행될 수 있다.
또한, 본 발명의 반도체 소자는 상기에 기재된 산화막 제조 방법에 의하여 형성되는 산화막을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 페로브스카이트 태양 전지는 산화막 제조 방법에 의하여 형성되는 홀 수송층과 정공 수송층을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 원자층 증착법에 의한 산화막 제조 방법은 더 치밀한 산화막을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 반도체 소자 제조 방법에 의한 반도체 소자는 더 치밀하게 형성되는 고유전율의 산화막을 구비할 수 있다.
또한, 본 발명의 페로브스카이트 태양전지 제조 방법에 의한 페로브스카이트 태양 전지는 더 치밀하게 형성되는 홀 수송층 및 전자 수송층을 구비할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 산화막 제조 방법의 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 태양 전지 제조 방법의 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 태양 전지 제조 방법의 공정도이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 원자층 증착법에 의한 산화막 제조 방법 및 이에 의한 반도체 소자 및 페로브스카이트 태양 전지에 대하여 설명한다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착법에 의한 산화막 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 산화막 제조 방법의 공정도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착법에 의한 산화막 제조 방법은, 도 1을 참조하면, 금속 전구체 증착 단계(S10)와 제 1 퍼지 단계(S20) 및 산화막 가압 형성 단계(S30) 및 제 2 퍼지 단계(S40)를 포함할 수 있다.
상기 산화막 제조 방법은 원자층 증착법을 이용하여 산화막을 형성하며, 소정의 치밀화 압력 이상으로 산화제를 공급하여 산화막이 더 치밀하게 형성되도록 할 수 있다. 여기서, 상기 치밀화 압력은 기판이 안착되어 산화막 형성 공정이 진행되는 공정 챔버의 내부 압력을 의미할 수 있다.
상기 산화막 제조 방법은 산화막을 옹스트롬(Angstrom) 단위로 조절하여 형성하며, 나노미터의 두께로 형성할 수 있다. 또한, 상기 산화막 제조 방법은 산화막을 단일층 또는 복수층으로 형성할 수 있다. 상기 산화막 제조 방법은 금속 전구체 증착 단계(S10)와 제 1 퍼지 단계(S20) 및 산화막 가압 형성 단계(S30) 및 제 2 퍼지 단계(S40)를 1 사이클로 하여 복수 사이클을 통하여 필요한 두께의 산화막으로 형성할 수 있다. 즉, 상기 산화막 제조 방법은 산화막의 종류와 두께에 따라 복수 회의 사이클을 진행할 수 있다.
상기 산화막 제조 방법은 반도체 소자를 구성하는 고유전율 산화막을 형성하는데 적용될 수 있다. 상기 반도체 소자는 터널링 전계 효과 트랜지스터, 저항성 메모리 소자, DRAM과 같은 소자일 수 있다. 상기 고유전율 산화막은 실리콘 산화막(SiO2)보다 유전율이 큰 산화막일 수 있다. 상기 고유전율 산화막은 스트론튬 산화막(SrO), 알루미늄 산화막(A12O3), 마그네슘 산화막(MgO), 스칸듐 산화막(Sc2O3), 스트론튬티타늄 산화막(SrTiO3), 바륨티타늄 산화막(BaTiO3), 가돌리늄 산화막(Gd2O3), 이트륨 산화막(Y2O3), 사마륨 산화막(Sm2O3), 하프늄 산화막(HfO2), 지르코늄 산화막(ZrO2), 탄탈 산화막(Ta2O5), 바륨 산화막(BaO) 또는 비스무스 산화막(Bi2O3)일 수 있다.
또한, 상기 산화막 제조 방법은 페로브스카이트 태양 전지를 구성하는 홀 수송층 또는 전자 수송층과 같은 전하 수송층을 형성하는 SnO2, NiOx(0<x<2), MoO3와 같은 산화막을 제조하는데 적용될 수 있다. 상기 페로브스카이트 태양 전지는 기판의 상면에 형성되는 하부 전극과 하부 전극의 상부에 순차적으로 형성되는 홀 수송층과 페로브스카이트층과 전자 수송층 및 전자 수송층의 상부에 형성되는 상부 전극을 포함하여 형성될 수 있다.
상기 금속 전구체 증착 단계(S10)는 형성하고자 하는 산화막의 금속 원소를 포함하는 금속 전구체를 기판의 상면으로 공급하여 증착시키는 단계이다. 상기 금속 전구체 증착 단계(S10)는 기판의 상면에 소정 두께로 금속 전구체층을 형성할 수 있다. 상기 금속 전구체 증착 단계(S10)는 공정 챔버의 내부에 기판이 안착된 상태에서 진행될 수 있다.
상기 기판은 원자층 증착법을 적용할 수 있는 기판이며, 유리 기판, 고분자 필름, 알루미나와 같은 세라믹 기판, 실리콘 웨이퍼, 사파이어 웨이퍼와 같은 기판일 수 있다.
상기 금속 전구체는 형성하고자 하는 산화막에 따라 적정하게 선택할 수 있다. 예를 들면, 상기 산화막이 MoO3으로 형성되는 경우에, 몰리브데늄 전구체는 Mo(CO)6, MoF6또는 MoCl6일 수 있다. 또한, 상기 산화막이 NiO로 형성되는 경우에, 니켈 전구체는 Ni(C5H5)2, Ni(CH3C5H4), Ni(C5H7O2)2, Ni(C11H19O2)2 또는 Ni(C7H16NO)일 수 있다. 또한, 상기 니켈 전구체는 니켈 알콕사이드, 비스(디메틸아미노-2-메틸-부톡시)니켈(±2], 염화니켈(NiCl2), Ni(acac)2 (acac = 아세틸아세토네이토), Ni(tmhd)2 (tmhd = 2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이토), Ni(dmg)2 (dmg = 디메틸글리옥시메이토), Ni(apo)2 (apo = 2-아미노-펜트-2-엔-4-오네이토), Cp2Ni (cp = 사이클로펜타다이에닐), MeCp2Ni (MeCp = 메틸 사이클로펜타다이에닐), 및 CpAllylNi (cpAllyl = 사이클로펜타다이에닐알릴) 중 어느 하나의 화합물일 수 있다. 또한, 상기 산화막이 ZnO로 형성되는 경우에, 아연 전구체는 DEZ(Diethyl zinc: Zn(C2H5)2)일 수 있다. 또한, 상기 산화막이 이산화티타늄인 경우에, 티타늄 전구체는 싸이클로펜타디엔닐에틸메틸아미도 티타늄(IV)비스(디메틸아미드) (혹은 η5-Cyclopentandienylethyl-N-methylamido bis(dimethylamino) titanium)일 수 있다. 또한, 상기 금속 전구체는 원자층 증착법을 사용하여 해당 금속을 포함하는 산화막을 형성하는데 사용되는 일반적인 금속 전구체가 사용될 수 있다.
상기 금속 전구체 증착 단계(S10)는 이송 가스를 이용하여 금속 전구체를 공정 챔버의 내부에서 기판의 상부로 이송할 수 있다. 상기 이송 가스는 활성이 낮은 질소(N2) 가스, 헬륨(He) 가스 또는 아르곤(Ar) 가스일 수 있다.
상기 금속 전구체 증착 단계(S10)는 상온 ~ 400℃의 증착 온도에서 진행될 수 있다. 상기 금속 전구체 증착 단계(S10)는 바람직하게는 80 ~ 200℃의 증착 온도에서 진행될 수 있다. 상기 증착 온도는 금속 전구체의 종류에 따라 달라질 수 있다. 또한, 상기 증착 온도는 금속 전구체가 증착되는 증착 속도에 영향을 줄 수 있다.
상기 금속 전구체 증착 단계(S10)는 금속 전구체가 소정의 증착 압력으로 공급되어 진행될 수 있다. 즉, 상기 증착 압력은 공정 챔버의 내부에서 금속 전구체를 공급하는 압력일 수 있다. 상기 증착 압력은 0.1 ~ 10torr일 수 있다. 상기 증착 압력이 너무 낮으면, 금속 전구체가 기판에 충분히 증착되지 않을 수 있다. 또한, 상기 증착 압력이 너무 높으면 필요 이상으로 금속 전구체를 공급하게 되어 금속 전구체층을 형성하는 효율이 저하될 수 있다.
상기 금속 전구체 증착 단계(S10)는 소정의 증착 시간 동안 진행될 수 있다. 상기 증착 시간은 금속 전구체층의 두께에 따라 적정하게 결정될 수 있다. 상기 증착 시간은 0.1 ~ 20초일 수 있다. 상기 금속 전구체 증착 단계(S10)에서 금속 전구체의 증착 시간에 따라 일정 시간까지는 금속 전구체의 증착 속도가 증가하지만, 증착 시간이 경과됨에 따라 증착 속도가 더 이상 증가하지 않게 된다.
상기 제 1 퍼지 단계(S20)는 공정 챔버의 내부로 퍼지 가스를 공급하여 공정 챔버의 내부에 잔존하는 미반응 금속 전구체를 제거하는 단계이다. 상기 미반응 금속 전구체는 기판에 증착되지 않고 존재하는 금속 전구체일 수 있다. 상기 제 1 퍼지 단계(S20)는 퍼지 가스를 공정 챔버의 내부와 기판의 상면으로 공급할 수 있다. 상기 퍼지 가스는 아르곤 가스 또는 질소 가스와 같은 불활성 가스일 수 있다. 상기 제 1 퍼지 단계(S20)는 공정 챔버를 진공 펌프로 흡입하면서 기판의 상면에 존재하는 미반응 금속 전구체를 제거할 수 있다.
상기 제 1 퍼지 단계(S20)는 소정의 퍼지 시간동안 진행될 수 있다. 상기 퍼지 시간은 1 ~ 50초일 수 있다. 또한, 상기 제 1 퍼지 단계(S20)는 0.5 ~ 5torr의 퍼지 압력으로 진행될 수 있다.
상기 산화막 가압 형성 단계(S30)는 금속 전구체가 증착된 기판의 상부로 소정의 치밀화 압력으로 산화제를 공급하여 산화막을 가압 형성하는 단계이다. 상기 산화막 가압 형성 단계(S30)는 금속 전구체층의 금속 전구체와 산화제를 반응시켜 산화막을 형성할 수 있다. 상기 산화제는 수증기(H2O), 오존(O3) H2O2 또는 산소플라즈마(O2 plasma)일 수 있다. 또한, 상기 산화제는 수증기(H2O), 오존(O3) H2O2 및 산소플라즈마(O2 plasma)에서 선택되는 적어도 2 종류가 혼합된 가스일 우 있다. 상기 산화제는 소정의 치밀화 압력으로 공급될 수 있다. 상기 산화막 가압 형성 단계(S30)는 산화제를 공급하여 공정 챔버의 내부 압력을 치밀화 압력으로 증가시키면서 진행될 수 있다. 따라서, 상기 산화제는 소정의 치밀화 압력으로 기판의 상면에 증착된 금속 전구체와 접촉하면서 반응하여 산화막을 형성할 수 있다. 또한, 상기 산화막 가압 형성 단계(S30)는 금속 전구체 증착 단계(S10)보다 높은 압력에서 진행될 수 있다. 상기 산화막 가압 형성 단계(S30)는 공정 챔버의 배기를 위한 진공 펌프를 차단한 상태에서 진행될 수 있다. 상기 산화막 가압 형성 단계(S30)는 기판에 증착되는 산화막을 치밀화시킬 수 있다. 또한, 상기 산화막 가압 형성 단계(S30)는 금속 전구체와 산화제의 반응을 촉진시킬 수 있다. 상기 산화막은 더욱 치밀한 박막으로 형성될 수 있다.
상기 치밀화 압력은 대기압 이상의 압력일 수 있다. 또한, 상기 치밀화 압력은 바람직하게는 1∼5atm일 수 있다. 또한, 상기 치밀화 압력은 더욱 바람직하게는 2∼5atm일 수 있다. 상기 산화막 가압 형성 단계는 금속 전구체 증착 단계보다 공정 챔버의 압력이 높은 상태에서 진행될 수 있다. 상기 치밀화 압력이 너무 낮으면, 산화막이 충분히 치밀해지지 않을 수 있다. 또한, 상기 치밀화 압력이 너무 높으면 기판과 계면 사이에 원하지 않는 계면 산화막이 성장될 수 있다. 또한, 상기 치밀화 압력이 너무 높으면 기판 또는 공정 챔버의 손상을 초래할 수 있다. 한편, 상기 산화막 가압 형성 단계(S30)는 공정 챔버와 진공 펌프를 연결하는 배기구를 차단하거나 진공 펌프의 작동을 중지시킨 후에 진행될 수 있다. 또한, 상기 공정 챔버는 내부 압력이 치밀화 압력의 상한치보다 증가하는 경우에 산화제를 벤트하기 위한 벤트부(미도시)를 구비할 수 있다.
상기 산화막 가압 형성 단계(S30)는 소정의 반응 시간 동안 진행될 수 있다. 상기 반응 시간은 형성되는 산화막의 두께에 따라 적정하게 결정될 수 있다. 상기 반응 시간은 1 ~ 100초일 수 있다. 상기 반응 시간은 공정 챔버의 내부에 산화제가 치밀화 압력으로 충진되는 시간과 충진되는 산화제가 금속 전구체와 반응하는 시간을 고려하여 설정될 수 있다. 다만, 상기 반응 시간이 너무 길면 산소의 과잉 침투 효과에 의하여 산화막이 손상될 수 있다.
상기 산화막 가압 형성 단계(S30)는 소정의 반응 온도에서 진행될 수 있다. 상기 반응 온도는 100 ~ 400℃일 수 있다. 상기 반응 온도는 형성되는 산화막의 종류에 따라 적정하게 설정될 수 있다. 상기 반응 온도는 금속 전구체의 증착 온도보다 높은 온도로 설정될 수 있다. 상기 반응 온도는 원자층 증착 온도 범위일 수 있다. 상기 반응 온도가 너무 낮으면 금속 전구체와 산화제의 산화 반응이 충분하지 않을 수 있다. 또한, 상기 반응 온도가 너무 높으면 기판의 상면과 산화막의 하면 사이의 계면에서 원하지 않는 산화 반응이 진행되어 기판이 영향을 받을 수 있다.
상기 제 2 퍼지 단계(S40)는 공정 챔버의 내부로 퍼지 가스를 공급하여 공정 챔버의 내부에 잔존하는 미반응 산화제를 제거하는 단계이다. 또한, 상기 제 2 퍼지 단계(S40)는 산화막을 형성하지 않은 반응 부산물도 제거할 수 있다. 상기 미반응 산화제는 금속 전구체와 반응하지 않고 공정 챔버의 내부에 잔존하는 산화제일 수 있다. 상기 제 2 퍼지 단계(S40)는 퍼지 가스를 공정 챔버의 내부와 기판의 상면으로 공급할 수 있다. 상기 퍼지 가스는 아르곤 가스 또는 질소 가스와 같은 불활성 가스일 수 있다. 상기 제 2 퍼지 단계(S40)는 공정 챔버를 진공 펌프로 흡입하면서 기판의 상면에 존재하는 미반응 산화제를 제거할 수 있다.
상기 제 2 퍼지 단계(S40)는 소정의 퍼지 시간동안 진행될 수 있다. 상기 퍼지 시간은 1 ~ 50초일 수 있다. 또한, 상기 제 2 퍼지 단계(S40)는 0.5 ~ 5torr의 퍼지 압력으로 진행될 수 있다.
다음은 본 발명의 일 실시예에 따른 산화막 형성 방법을 적용한 페로브스카이트 태양 전지 제조 방법에 대하여 예시적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양 전지 제조 방법에 대한 공정도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양 전지 제조 방법은. 도 2를 참조하면, 하부 전극 형성 단계(S110)와, 홀 수송층 증착 단계(S120)와, 페로브스카이트층 증착 단계(S130)와, 전자 수송층 증착 단계(S140) 및 상부 전극 형성 단계(S150)를 포함할 수 있다.
상기 페로브스카이트 태양 전지 제조 방법은 원자층 증착법을 이용하여 홀 수송층과 전자 수송층을 형성할 수 있다.
상기 페로브스카이트 태양 전지는 구체적으로 도시하지 않았지만, 기판과, 기판의 상면에 형성되는 하부 전극과, 하부 전극의 상면에 형성되는 홀 수송층과, 홀 수송층의 상면에 형성되는 페로브스카이트층과, 페로브스카이트층의 상면에 형성되는 전자 수송층 및 전자 수송층의 상면에 형성되는 상부 전극을 포함하여 형성될 수 있다. 상기 기판은 유리 기판 또는 실리콘 기판일 수 있다.
상기 하부 전극 형성 단계(S110)는 기판의 상면에 하부 전극을 형성하는 단계이다. 상기 하부 전극은 투명 전극으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 하부 전극은 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 전도성 물질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 하부 전극은 1.0nm~200nm의 두께로 형성될 수 있다. 또한, 상기 하부 전극은 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti) 또는 금(Au)과 같은 금속 물질로 형성될 수 있다. 상기 하부 전극은 200nm 내지 15㎛의 두께로 형성될 수 있다.상기 하부 전극은 일반적인 방법에 의하여 형성될 수 있다.
상기 홀 수송층 증착 단계(S120)는 하부 전극의 상면에 홀 수송층을 형성하는 단계이다. 상기 홀 수송층은 NiOx, MoOx, Wox또는 Vox와 같은 물질로 형성될 수 있다. 여기서, x는 1<x<2의 범위일 수 있다.또한, 상기 홀 수송층은 일반적인 페로브스카이트 태양 전지에서 홀 수송층에 사용되는 물질로 형성될 수 있다. 상기 홀 수송층 증착 단계(S120)는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화막 제조 방법에 의하여 형성될 수 있다. 따라서, 상기 홀 수송층은 일반적인 원자층 증착법에 의한 홀 수송층보다 치밀하게 형성될 수 있다. 상기 홀 수송층은 1~25nm의 두께로 형성될 수 있다.
상기 페로브스카이트층 증착 단계(S130)는 홀 수송층의 상면에 열화학 기상 증착법(Thermal Chemical Vapor Deposition)에 의하여 페로브스카이트층을 증착하는 단계이다. 상기 페로브스카이트층은 MAPbI3(methylammonium lead iodide) 물질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 페로브스카이트층은 일반적인 페로브스카이트 태양 전지의 광활성층에 사용되는 다양한 유무기 복합 페로브스카이트 결정 물질이 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 페로브스카이트층은 RMX3 (여기서, R은 아미노기, 암모늄기, 수산화기, 시아노기, 할로겐기, 니트로기, 및 메톡시기에서 선택되는 어느 하나의 치환기를 포함하는 유기 양이온이고, M은 Pb, Sn 및 Ge중에서 선택되는 어느 하나를 포함하는 금속 양이온이며, X는 I일 수 있다. 상기 페로브스카이트층은 200~500nm의 두께로 형성될 수 있다. 상기 페로브스카이트층 증착 단계(S130)는 MAPbI3를 예로 들어 설명하면 다음과 같이 진행될 수 있다. 먼저, 증발원(또는 원료 가스)은 PbI2와 MAI(CH3NH3I)을 사용하며, 증발원에서 증발되는 증발 기체를 불활성 가스(N2, Ar)로 홀 이송층의 상면으로 이송하여 증착시킬 수 있다. 상기 증발원인 PbI2와 MAI(CH3NH3I)은 1:1 ∼ 1:4의 중량비로 사용될 수 있다. 상기 증발원들은 각각 100~400℃의 온도 범위로 유지될 수 있다. 또한, 상기 유리 기판은 50~200℃의 온도 범위로 유지될 수 있다.
상기 전자 수송층 증착 단계(S140)는 페로브스카이트층의 상면에 전자 수송층을 형성하는 단계이다. 상기 전자 수송층은 ZnS, ZnOS, ZnO, SnO2, 또는 TiO2와 같은 물질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 전자 수송층은 일반적인 페로브스카이트 태양 전지에서 전자 수송층에 사용되는 물질로 형성될 수 있다. 상기 전자 수송층 증착 단계는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화막 제조 방법에 의하여 형성될 수 있다. 따라서, 상기 전자 수송층은 일반적인 원자층 증착법에 의한 전자 수송층보다 치밀하게 형성될 수 있다. 상기 전자 수송층은 1~25nm의 두께로 형성될 수 있다.
상기 상부 전극 형성 단계(S150)는 전자 수송층의 상면에 상부 전극을 형성하는 단계이다. 상기 상부 전극은 투명 전극으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 상부 전극은 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 전도성 물질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 상부 전극은 1.0nm~200nm의 두께로 형성될 수 있다. 또한, 상기 상부 전극은 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti) 또는 금(Au)과 같은 금속 물질로 형성될 수 있다. 상기 상부 전극은 200nm 내지 15㎛의 두께로 형성될 수 있다. 상기 상부 전극은 일반적인 방법에 의하여 형성될 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 원자층 증착법에 의한 산화막 제조 방법 및 이에 의한 반도체 소자 및 페로브스카이트 태양 전지를 실시하기 위한 하나의 실시 예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않고, 이하의 청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
Claims (8)
- 공정 챔버의 내부에 안착되는 기판의 상면으로 형성하고자 하는 산화막의 금속 원소를 포함하는 금속 전구체를 공급하여 증착시키는 금속 전구체 증착 단계와,
상기 공정 챔버의 내부로 퍼지 가스를 공급하여 상기 공정 챔버의 내부에 잔존하는 미반응 금속 전구체를 제거하는 제 1 퍼지 단계와,
상기 기판의 상부로 대기압 이상의 치밀화 압력으로 산화제를 공급하여 산화막을 형성하는 산화막 가압 형성 단계 및
상기 공정 챔버의 내부로 퍼지 가스를 공급하여 상기 공정 챔버의 내부에 잔존하는 미반응 산화제를 제거하는 제 2 퍼지 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화막 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 치밀화 압력은 1 ∼ 5atm인 것을 특징으로 하는 산화막 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 산화막 가압 형성 단계는 1 ~ 100초의 반응 시간 동안 진행되는 것을 특징으로 하는 산화막 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 산화막 가압 형성 단계는 100 ~ 400℃의 반응 온도에서 진행되는 것을 특징으로 하는 산화막 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 산화막 가압 형성 단계는 상기 공정 챔버와 진공 펌프를 연결하는 배기구를 차단하거나 상기 진공 펌프의 작동을 중지시킨 후에 진행되는 것을 특징으로 하는 산화막 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 산화막 가압 형성 단계는 상기 산화제를 상기 공정 챔버의내부로 공급하여 상기 공정 챔버의 내부 압력을 치밀화 압력으로 증가시키면서 진행되는 것을 특징으로 하는 산화막 제조 방법. - 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 하나의 항에 따른 산화막 제조 방법에 의하여 형성되는 산화막을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
- 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 하나의 항에 따른 산화막 제조 방법에 의하여 형성되는 홀 수송층과 정공 수송층을 구비하는 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 태양 전지.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116791064A (zh) * | 2023-06-27 | 2023-09-22 | 江苏迈纳德微纳技术有限公司 | 一种叠层钙钛矿太阳能电池用原子层沉积方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20130037569A (ko) * | 2011-10-06 | 2013-04-16 | 전남대학교산학협력단 | 역구조 유기 태양전지 및 그 제조방법 |
| JP2018190928A (ja) * | 2017-05-11 | 2018-11-29 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | ペロブスカイト太陽電池およびその製造方法 |
-
2021
- 2021-11-30 KR KR1020210168348A patent/KR102708416B1/ko active IP Right Grant
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