원자층 증착을 이용한 Al2O3/In2O3의 준-이차원 전자 채널 층 형성 원인 제시 및 투명전극 응용 방안 연구
The study of a Quasi-two dimensional electron channel layer of Al2O3/In2O3 using Atomic Layer Deposition for application as transparent electrodes.
- 주제(키워드) 전자채널 , 원자층증착
- 주제(DDC) 621.042
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 서형탁
- 발행년도 2022
- 학위수여년월 2022. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 에너지시스템학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000031320
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
이번 연구에서는 기존에 사용되던 ITO의 Sputtering 제작을 뛰어넘으며, 도핑이나 합금의 방식을 이용하지 않았다. 기존의 ITO 성능을 수 나노 이하의 증착을 통해 구현하기 위해 원자층 증착(Atomic Layer Deposition) 방식을 이용하여 진행되었다. 준 이차원 전자구름을 형성하기 위하여 인듐 옥사이드와 (Indium oxide) 알루미늄 옥사이드(Aluminum oxide)의 이종 재료(Heterojunction) 간의 계면에 관한 연구를 진행하였다. Foldable에 적용 가능성을 확인하기 위해, 폴리이미드(PI) 필름에 증착 후 유연성, 시인성 및 전도성에 관하여 실험을 진행하였다. 본 연구에서는 이종 접합 계면을 형성하기 위해 인듐 옥사이드 층(In2O3)과 알루미늄 옥사이드 층(Al2O3)을 형성하였다. 하부 박막인 In2O3의 두께에 따른 전기적인 특성을 측정하기 위해 2, 5, 7, 10nm을 각각 증착 하였다. 이후 준 이차원 채널 형성을 위해 같은 두께의 알루미늄 옥사이드 3nm을 증착 하였다. Hall measure, I-V 분석을 통한 전기적인 성질 분석 결과, 인듐 산화물층의 2, 5nm 박막의 면저항이 알루미늄 산화물 증착 각각 130배, 4배로 낮아진 것을 확인하였다. XPS, TEM, XRD 등을 이용하여 계면에서의 발생하는 이유인 Band bending 현상에 이유에 대해 정확하게 밝히며, 동시 투명전극으로의 활용 가능성을 확인하기 위해 PI 기판을 이용하여 Bending test 또한 진행하였다. 2R 10,000회의 연속 Folding 후에도 저항의 변화율이 80%를 넘지 않았으며, 동시에 면저항은 1,000Ω/□을 넘지 않았다. 10,000번의 Folding test 후에도 상용화를 위한 투명전극의 면저항의 기준치인 1,000Ω/□을 넘지 않아 실제 상용화를 위한 가능성을 보았다. 다만 1R에서의 10,000번의 Folding test에서는 비교적 높은 4,200%의 저항 증가를 보여 실제 사용의 어려움을 보였다. 추후 더 얇은 두께의 이종 접합 산화물을 이용한다면 ITO와 Y-Octa 기술을 대체할 수 있으리라 생각한다.
more목차
제１장 서 론 1
제１절 투명전극의 연구의 필요성 1
제２절 현재 산업에서 사용되는 투명전극의 기술 및 한계 3
제３절 이차원 전자구름 이론적 배경 및 한계 5
제２장Al2O3/In2O3 이종 접합 계면 박막 증착 및 평가 7
제１절 이론적 배경 및 실험 측정 방법 7
1. Atomic layer deposition (ALD) 7
2. Al2O3/In2O3 계면의 전자 구름 형성 원리 9
3. E-beam을 이용한 Electrode 형성 10
4. Spectroscopy Ellipsometer (SE) 11
5. UV-Vis & Tauc plot 11
6. High Resolution X-ray Diffraction (HR-XRD) 12
7. Hall measurement 및 I-V 12
1.7.1 Hall measurement 13
1.7.2 I-V measurement 13
8. X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) 15
9. High Resolution Transmission Electron Microscopy (HR-TEM) 17
10. Kelvin probe station 5050 17
제２절 실험 방법 18
1. Al2O3/In2O3 증착 18
2.1.1 Al2O3 증착 18
2.1.2 In2O3 증착 18
2. Au/Cr 전극 형성 19
제３절 실험 결과 21
1. Al2O3/In2O3의 증착 결과 20
2. 투과도 및 밴드갭 분석 21
3. 전기적 분석 25
4. 화학적 분석 31
5. 구조 및 표면 분석 34
6. 결과 38
제３장 Transparent Conductive Oxide 응용 42
제１절 이론적 배경 42
제２절 실험 방법 45
1. Pi 기판위에 Al2O3/In2O3 이종 접합 계면 제작 45
2. Al2O3/In2O3의 2R 10000번 굽힘 테스트 진행 45
3. Al2O3/In2O3 PET 기판위에 전사 45
4. Al2O3/In2O3의 굽힘 테스트 진행 46
제３절 실험 결과 47
1. Bare Pi 및 곡률 반경에 따른 저항의 변화 47
2. Al2O3/In2O3의 2R 10,000번 굽힘 테스트 진행 48
3. Al2O3/In2O3의 1R 10,000번 굽힘 테스트 진행 49
제４장 결론 51
제５장 Reference 53
