ITO 박막의 열처리 온도변화에 따른 투명전극 및 기계적 특성 연구 = A Study on Transparent Electrode and Mechanical Properties of ITO Thin Films according to Heat Treatment Effect

국문 초록 (Abstract)

투명 전도성 산화물 (TCO : transparent　conducting oxide)은 디스플레이 장치의 소자로써 가시광영역(400 nm - 800 nm)의 높은 투과율(80%이상)과 높은 전기전도성(비저항 Ωcm 이하)을 동시에 가지는 재료를 말한다. 다양한 투명 전도성 산화물 소자에서 ITO는 투명전극(전기적, 광학적) 특성이 가장 우수한 소자로 사용되고 있으며 최적의 특성을 향상시키기 위해서는 열처리 공정이 필수적이기 때문에 그에 따른 특성연구는 많이 실시 되어왔다. 하지만 다양한 공정변수를 이용하여 전기적, 광학적 특성연구에 비해 기계적 특성연구는 미비하다는 문제점이 있다. 기계적 특성의 필요성은 재료의 변형 혹은 파괴 특성에 의해 영향을 받을 수 있다는 사실을 예상할 수 있기 때문에 제품의 안전성을 파악할 수 있다. 따라서 투명 전도성 산화물 소자에 대한 최적 특성의 연구에 따른 기계적 특성연구가 필요하다.
본 논문에서는 ITO(In2O3 : 90at%, SnO2 : 10at%) target을 사용하여 Pulsed DC magnetron sputtering 방법으로 Glass기판 위에 두께 350nm으로 제작하였고, 상온에서 400℃의 다양한 온도에서 ITO 박막의 전기적, 광학적, 기계적 특성을 분석하였다. ITO 박막은 400℃에서 구조적으로 결정립 크기는 54.25nm으로 가장 높게 측정되었고 비저항 1.55 × 10-4Ω𐄁cm, 광투과율 83.5%로 측정이 되었다. 기계적 특성 검사는 Nano-Indentation에서 300℃에서 경도 6.9GPa 와 탄성은 119GPa으로 가장 높게 측정되었으며, 초음파현미경의 V(z)기법으로 이용한 표면탄성파의 속도는 400℃에서 3167m/s로 가장 높게 측정되었다. 연구를 통해 ITO박막의 투명전극(전기적, 광학적) 특성 검사와 더불어 ITO박막의 구조적 특성을 기반으로 기계적 특성의 검사가능성을 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Transparent conducting oxide(TCO) is a material of a display device and TCO has a high transmittance(over 80%) and a high electrical conductivity in the visible region(400nm-800nm). In various transparent conductive oxide devices, ITO is used as a device having the best electrical and optical characteristics. In order to improve the optimum characteristics, a heat treatment process is indispensable. However, there is a problem that the mechanical characteristics research is insufficient compared to the electrical and optical characteristics studies. It can be expected that the mechanical properties can be influenced by the deformation or fracture characteristics of the material, which can be attributed to the enhancement of the safety of the product. Therefore, it is necessary to study the mechanical properties of the transparent conductive oxide device according to the study of the optimum characteristics.
In this paper, ITO fabricated a 350nm on the glass substrate with pulsed DC magnetron sputtering method using a single target of ITO(In2O3: 90at%, SnO2: 10at%). ITO thin films at various temperatures from room temperature, Mechanical properties were analyzed. The ITO thin film was structurally measured at 400°C with the highest grain size at 54.25 nm, with a resistivity of 1.55×10-4 Ωcm and a optical transmittance of 83.5%. Mechanical properties were measured at 300℃ in Nano-Indentation, with 6.9GPa hardness and elasticity of 119GPa, and surface acoustic waves using V(z) method of scanning acoustic microscope were measured of 3167m/s at substrate temperature 400℃. Through the study, we confirmed the possibility of checking the mechanical properties of ITO thin film based on the structural and electrical characteristics of ITO thin film.

목차 (Table of Contents)

• 요 약 ⅰ
• 표 목 차 ⅱ
• 그림목차 ⅲ
• I. 서 론 1
• II. 관련이론 3
• 2.1 ITO(Indium Tin Oxide) 3
• 2.1.1 ITO 박막의 구조적 특성 3
• 2.1.2 ITO 박막의 전기적 특성 4
• 2.1.3 ITO 박막의 광학적 특성 5
• III. 실험방법 6
• 3.1 ITO 박막 시험편제작 6
• 3.1.1 Glass 기판세척 6
• 3.1.2 ITO 박막 증착 6
• 3.2 ITO 박막의 미세구조 분석방법 8
• 3.2.1 XRD(X-ray Diffractometer) 8
• 3.2.2 SEM(Scanning Electron Microscope) 9
• 3.2.3 AFM(Atomic Force Microscope) 11
• 3.3 ITO 박막의 전기적 광학적 분석방법 13
• 3.3.1 Hall Measurement 13
• 3.3.2 UV-visible spectrometer 17
• 3.4 초음파현미경 19
• 3.5 Nano-Indentation 23
• Ⅳ. 실험결과 및 고찰 27
• 4.1 ITO 박막의 미세구조 분석 27
• 4.1.1 XRD(X-ray Diffractometer) 27
• 4.1.2 SEM(Scanning Electron Microscope) 30
• 4.1.3 AFM(Atomic Force Microscope) 32
• 4.2 ITO 박막의 전기적 광학적 분석 34
• 4.2.1 Hall Measurement 34
• 4.2.2 UV-visible spectrometer 36
• 4.3 초음파현미경 39
• 4.4 Nano-Indentation 40
• V. 결론 44
• 참고문헌 46
• 영문초록(Abstract) 51
• 감사의 글