원자층 증착을 이용한 Al2O3/In2O3의 준-이차원 전자 채널 층 형성 원인 제시 및 투명전극 응용 방안 연구

Abstract

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.