전자빔 조사에 따른 ZnO/Cu/ZnO 박막의 구조적, 전기적, Low-E 및 발열특성 연구

Abstract

본 연구에서는 RF/DC magnetron sputter를 이용하여 유리기판에 2 inch의 ZnO 타겟과 Cu 타겟을 각각 전력밀도 2.0 W/cm2와 4.0 W/cm2의 파워를 인가하여 ZnO(60 nm) 단층박막과 ZnO/Cu/ZnO 다층박막을 증착하였다. 다층박막의 효율적인 Cu 중간층 두께를 고찰하기 위해 상부와 하부 ZnO층의 두께 를 30 nm로 고정한 후, Cu의 두께를 증착 시간을 조절하여 7, 11, 15 nm를 가지는 다층박막을 제작하였고 XPS 활용한 깊이 방향으로 성분 분석을 통해 증착 시간에 따 른 Cu 중간층이 상하부 ZnO 박막 사이에 적절하게 삽입된 것을 확인하였다. ZCZ 다층박막의 전기광학적 특성을 비교한 결과 Cu 두께 11 nm에서 면저항 70.28 Ω/□, 가시광 평균 투과도(380-780 nm) 77.88%, 전기광학적 완성도(Figure of Merit)가 1.17×10-3 Ω-1로 가장 우수하였다. 최적의 조건인 ZCZ(30/11/30 nm)을 증착 후 결정성 변화는 XRD로 분석하였으며 약 46°에서 ZnO(102), 약 67°의 ZnO(201) 회절 피크가 측정되었고 다층박막의 결정 성은 적정 전자빔 조사에너지까지 향상됨을 확인할 수 있었다. 전자빔 조사에너지에 따른 특성변화 비교를 통해 표면거칠기(Root mean square, RMS)는 초기 1.54 nm에서 1.26 nm로 감소하였고 면저항 43.1 Ω/□, 가시광 평균 투과율 79.67 %로 전기광학적 완성도는 2.39 × 10-3 Ω-1로 가장 높은 것을 확인하였 다. 이는 적절한 전자빔 조사에너지로 인해 결정성 증가 및 거칠기 감소로 특성이 향 상되었다고 사료된다. 500 eV의 전자빔 조건에서 적외선 영역의 투과도를 분석한 결과 Low-Emissivity 특성이 나타나는 것을 확인하였고 발열테스트 및 반복재현성 테스트를 통하여 18V에 서 약 90.5℃ 까지 온도가 상승하고 반복적으로 온도 조절을 할 수 있는 것을 확인하 여 적절한 전자빔을 조사한 ZnO/Cu/ZnO(30/11/30nm) 다층박막이 Low-E 분야 및 투명면상발열체로 활용 가능한 투명전극소재로 가능성을 확인하였다.