Ag 층의 두께 및 위치에 따른 AZO 적층박막의 전기적 광학적 물성 연구

Abstract

그동안 널리 사용되어 온 투명전극 산화막 (Transparent conductive oxide : TCO) 중 ITO(Indium tin oxide)의 In 희소성으로 인한 고가격, 유독성, 접착력 문제를 대체하기 위해 불순물을 도핑한 ZnO(Zinc oxide)에 관한 연구가 활발히 진행되어 왔다. 불순물을 도핑한 ZnO는 ITO보다 에칭하여 제거하기가 쉬우며 비독성이고 수소플라즈마에 대한 내성이 더 클 뿐만 아니라 저온에서 성장이 가능하다. ZnO의 전기전도도를 높이기 위해 Al, In, Ga, B과 같은 3족 원소가 n형 dopant로 널리 사용되고 있는데, 그 중 Al을 사용하여 전기적, 광학적 특성을 향상시키기 위한 AZO(Al2O3-3wt% ZnO) 투명 전도성 재료가 연구되고 있다. 본 연구에서는 AZO와 Ag를 다층 박막으로 제작하였다. AZO와 Ag를 이용한 우수한 특성의 적층 박막을 제작하기 위해 RF/DC 마그네트론 스퍼터를 이용하였으며, Ag 층의 두께 및 위치 변화를 통해 적층 박막의 특성을 고찰하였다. AZO 타겟에는 RF 2.5 W/cm2, Ag 타겟에는 DC 2.0 W/cm2 전력을 인가하였다. AZO/Ag 적층박막과 AZO/Ag/AZO 다층 박막에서 시간을 조절하여 증착율의 변화를 주었으며 Ag의 두께를 5, 10, 15 nm로 하였다. AZO 박막의 총 두께는 100 nm로 고정하고 모든 증착 공정은 상온에서 이루어졌다. XRD 측정 결과 상온에서 증착된 AZO박막에서 동일하게 ZnO(002) 방향으로의 Peak가 확인되었고, Ag 두께가 10 nm 이상에서부터 Ag (111) 방향으로 우선 성장하는 것을 확인하였다. 표면 거칠기는 AZO/Ag 박막과 AZO/Ag/AZO 박막에서 동일하게 Ag 층이 15nm일 때 각각 1.99 nm, 1.47 nm 로 가장 낮았으며, 비저항은 두 박막 모두 Ag 두께에 비례하여 감소하였다. 가시광 영역에서의 AZO/Ag/AZO 박막의 투과율은 Ag 층의 막이 형성되는 두께 10nm부터 증가함에 따라 Anti-reflectance 효과로 인해 향상되는 경향을 보였다. 그 결과 Ag 15 nm 에서가장 높은 투과율 84.7%로 증가하였다. AZO/Ag 적층 박막의 경우 Ag 층의 두께가 증가할수록 면저항은 562 Ω/⼝에서 최대 5.07 Ω/⼝까지 감소하였으며, 가시광 영역의 투과도가 가장 높은 Ag 층의 두께가 10 nm 일 때 가장 높은 1.25 × 10-2 Ω-1 Figure of merit 수치를 얻었다. AZO/Ag/AZO 다층 박막의 경우 또한 Ag 층의 두께가 증가할수록 면저항은 562Ω/⼝에서 최대 2.64 Ω/⼝까지 감소하였으며, 가시광 영역의 투과도가 가장 높은 Ag 층의 두께가 15 nm 일 때 가장 높은 7.20 × 10-2 Ω-1 Figure of merit 수치를 얻었다. Ag층의 두께와 위치에 따른 각각의 박막의 전기적, 광학적 물성을 비교한 결과 박막의 물성변화에 Ag 층이 Inter layer로 위치할 때 더 높은 값을 나타냄을 알 수 있었다.