KR101009532B1 - Zinc oxide-based multilayer thin film and method for preparing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판; 산화칼슘(CaO)을 포함하는 중간층(interlayer) 박막; 및 산화아연(ZnO)계 박막을 포함하는 다층 박막으로서, 상기 산화아연계 박막은 2이상의 서로 다른 결정 배향(Crystal Orientation)을 동시에 갖는 것이 특징인 다층 박막, 그 제조방법 및 상기 다층 박막을 구비한 자외선 광 검출기를 제공한다. The present invention relates to a substrate; An interlayer thin film including calcium oxide (CaO); And a zinc oxide (ZnO) based thin film, wherein the zinc oxide based thin film has two or more different crystal orientations, a method of manufacturing the same, and the multilayer thin film Provide an ultraviolet light detector.
본 발명은 기판과 산화아연계 박막 사이에 산화칼슘 중간층 박막을 개재시킴으로써, 산화아연이 단일 배향으로 결정 성장하지 않고, 2 이상의 결정 성장 배향을 가지며 성장하도록 할 수 있으며, 이러한 다배향성 박막을 증착장치의 구조 변경 없이도 용이하게 제작할 수 있다. 이러한 다배향성 산화아연계 박막은 빠른 광 응답속도를 가질 수 있기 때문에 자외선 광 검출기 용도로 적용이 가능하다. According to the present invention, by interposing a calcium oxide interlayer thin film between a substrate and a zinc oxide thin film, the zinc oxide can be grown with two or more crystal growth orientations without growing crystals in a single orientation. It can be produced easily without changing the structure of the. Such a multi-directional zinc oxide thin film may have a fast optical response speed and thus may be applied to an ultraviolet light detector.
산화아연, 산화칼슘, 중간층, 박막, 결정배향, 광 검출기 Zinc Oxide, Calcium Oxide, Interlayer, Thin Film, Crystal Orientation, Photo Detector
Description
도 1은 실시예 1에 기재된 산화아연계 다층 박막의 단면도이다. 1 is a cross-sectional view of a zinc oxide-based multilayer thin film described in Example 1. FIG.
도 2는 실시예 1 및 비교예 1의 산화아연계 박막 표면의 주사전자현미경(Scanning Electron Microscopy, 이하 SEM) 사진이다.Figure 2 is a scanning electron microscope (Scanning Electron Microscopy, SEM) photograph of the surface of the zinc oxide thin film of Example 1 and Comparative Example 1.
도 3은 실시예 1 및 비교예 1의 산화아연계 박막에 대한 X선 회절 분석(X-Ray Diffraction analysis, 이하 XRD) 결과이다. 3 is an X-ray diffraction analysis (XRD) result of the zinc oxide thin film of Example 1 and Comparative Example 1.
<도면부호의 설명><Description of Drawing>
1: 유리기판 2: 산화칼슘(CaO) 박막 3: 산화아연(ZnO)계 박막1: glass substrate 2: calcium oxide (CaO) thin film 3: zinc oxide (ZnO) based thin film
4, 6: ZnO (002)면에 의한 피크 5: ZnO (100)면에 의한 피크4, 6: Peak by ZnO (002) plane 5: Peak by ZnO (100) plane
7: ZnO (101)면에 의한 피크7: Peak by ZnO (101) plane
본 발명은 다배향성 결정으로 이루어진 산화아연계 다층 박막 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a zinc oxide-based multilayer thin film composed of multi-orientation crystals and a method for manufacturing the same.
자외선 광 검출기(UV Photo Detector)는 오존 및 공해 모니터링 등의 환경 분야, 미사일 추적시스템 및 통신 등의 군사 분야, 우주 개발 분야, 및 화염 감지(flame sensing) 등 산업분야에 이르기까지 다양한 용도로 응용이 가능하여 최근 그 중요성이 더해가고 있다. 현재 널리 쓰이고 있는 것은 PMT(Photomultiplier Tube) 또는 Si 다이오드(diode)등이나, PMT는 부피가 크고 높은 전력을 요구한다는 문제점이 있으며, Si 다이오드는 밴드갭(Band Gap)이 좁으므로 높은 에너지의 방사선에 의해 소자의 노화(aging)가 일어나거나, SiO2 층에서의 광 흡수에 의해 양자 효율이 감소되고, 별도의 필터가 요구되며, 검출기를 냉각해야 하는 등의 문제점을 갖고 있다. 따라서, 최근 넓은 밴드갭(Band Gap)을 갖는 광전자 소자를 자외선 광 검출기에 응용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 3.35eV의 밴드갭(Band Gap)을 갖는 산화아연(ZnO)도 그 후보 중의 하나이다. UV Photo Detectors can be used in various applications ranging from environmental fields such as ozone and pollution monitoring, military fields such as missile tracking systems and communications, space development, and industrial fields such as flame sensing. It is possible that the importance is increasing recently. Currently, PMT (Photomultiplier Tube) or Si diode is widely used, but PMT has a problem that bulky and high power is required.Si diode has a narrow band gap and thus high energy radiation. As a result, aging of the device occurs, quantum efficiency is reduced by light absorption in the SiO 2 layer, a separate filter is required, and the detector must be cooled. Therefore, researches for applying an optoelectronic device having a wide bandgap to an ultraviolet light detector have been actively conducted, and zinc oxide (ZnO) having a bandgap of 3.35 eV is one of the candidates. .
산화아연 박막을 자외선 광 검출기에 응용할 때, 광 반응속도(Photo Response Time)가 매우 중요한데, 종래의 산화 아연 박막은 단일 배향으로 결정이 성장하고 결정 입자가 작기 때문에 광반응을 하지 않거나 또는 매우 느린 광반응 속도를 가진다. 이는 광 검출기의 성능 저하의 원인이 된다. 상기와 같은 단일 배향의 결정 성장은 결정면 중 가장 낮은 표면 에너지를 갖는 결정면이 기판에 평행하게 되도록 단일 배향으로 결정성장을 함으로써, 가장 안정한 에너지 상태를 가지려는 특성 때문에 나타난다. 따라서 기존의 방법으로는 빠른 광반응 속도를 갖는 자외선 광 검출기에 적용 가능한 산화 아연 박막을 제조하는 데에 한계가 있다. When applying a zinc oxide thin film to an ultraviolet photodetector, the photo response time is very important. Conventional zinc oxide thin films do not photoreact or have very slow light because crystals grow in a single orientation and the crystal grains are small. Has a reaction rate. This causes a decrease in the performance of the photo detector. Such crystal growth in a single orientation appears because of the property of having the most stable energy state by growing the crystal in a single orientation so that the crystal surface having the lowest surface energy among the crystal surfaces is parallel to the substrate. Therefore, the conventional method has a limitation in producing a zinc oxide thin film applicable to the ultraviolet light detector having a fast photoreaction rate.
따라서, 단일 배향이 아닌 다배향성(multi-oriented) 산화 아연 박막을 제조 하기 위한 연구로서, 종래에 샤마(P. Sharma, J. Apply. Phys. Vol 93, p3963-3970, 2003)등이 산화 아연 박막의 결정 성장 방향을 제어하기 위한 방법을 제안한 바 있으며, 이는 큰 에너지를 갖는 입자들을 박막에 충돌시킴으로써 산화 아연 박막의 결정 성장 방향을 다배향으로 변화시키는 방법이다. 이 경우에는 박막 증착 장치의 구조를 변경하여 상기와 같은 결과를 가져올 수 있으나, 장치의 변경이 번거롭고 많은 노력을 필요로 하는 문제점이 있다. 통상의 박막 증착 장치를 이용하여 만족할 만한 수준의 다배향성 산화아연 박막을 제조한 예는 현재까지 없는 실정이다. Therefore, as a study for producing a multi-oriented zinc oxide thin film rather than a single orientation, conventionally, Shama (P. Sharma, J. Apply. Phys. Vol 93, p3963-3970, 2003) and the like are zinc oxide. A method for controlling the crystal growth direction of a thin film has been proposed, which is a method of changing the crystal growth direction of a zinc oxide thin film in a multi-orientation by impinging particles having a large energy into the thin film. In this case, the structure of the thin film deposition apparatus may be changed to produce the same result as described above, but there is a problem in that the change of the apparatus is cumbersome and requires a lot of effort. There is no example of producing a satisfactory level of multi-directional zinc oxide thin film using a conventional thin film deposition apparatus.
본 발명자들은 기판과 산화아연 박막 사이에 산화칼슘(CaO) 중간층(interlayer)을 개재(介在)시킴으로써, 결정성장시 단일 배향이 아닌 다배향성을 갖는 산화아연계 박막을 증착할 수 있다는 사실을 인식하였다. 이를 이용하면 증착 장치의 변경 없이도 용이하게 자외선 광 검출기에 적용 가능한 산화아연계 박막을 제작할 수 있게 된다. The inventors have recognized that by interposing a calcium oxide (CaO) interlayer between the substrate and the zinc oxide thin film, it is possible to deposit a zinc oxide based thin film having a multi-orientation rather than a single orientation during crystal growth. . By using this, a zinc oxide based thin film which can be easily applied to an ultraviolet light detector without changing the deposition apparatus can be manufactured.
본 발명은 이에 기초한 것이다. The present invention is based on this.
본 발명은 기판; 산화칼슘(CaO)을 포함하는 중간층(interlayer) 박막; 및 산화아연(ZnO)계 박막을 포함하는 다층 박막으로서, 상기 산화아연계 박막은 2이상의 서로 다른 결정 배향(Crystal Orientation)을 동시에 갖는 것이 특징인 다층 박막을 제공한다. The present invention relates to a substrate; An interlayer thin film including calcium oxide (CaO); And a zinc oxide (ZnO) based thin film, wherein the zinc oxide based thin film provides two or more different crystal orientations.
또한, 본 발명은 a) 기판 위에 산화칼슘(CaO)을 포함하는 중간층(interlayer) 박막을 증착시키는 단계; 및 b) 상기 중간층 박막 위에 산화아연(ZnO)계 박막을 증착시키는 단계를 포함하여, 2이상의 서로 다른 결정 배향(Crystal Orientation)을 동시에 갖는 산화아연계 박막을 구비한 다층 박막을 제조하는 방법을 제공한다. In addition, the present invention comprises the steps of a) depositing an interlayer thin film comprising calcium oxide (CaO) on a substrate; And b) depositing a zinc oxide (ZnO) based thin film on the interlayer thin film, thereby providing a method of manufacturing a multilayer thin film having a zinc oxide based thin film having two or more different crystal orientations. do.
그리고, 본 발명은 상기에 기재된 박막을 구비한 자외선 광 검출기(UV Photo Detector)를 제공한다.In addition, the present invention provides an ultraviolet photo detector provided with the thin film described above.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
박막에서의 결정의 우선 배향이란, 기판 상에서 결정이 성장할 때 가장 안정한 에너지 상태를 갖도록 하기 위해, 상기 결정이 갖는 여러 결정 면(crystal plane) 중에서 표면에너지가 최소인 면이 기판의 면과 평행하게 되도록 성장하는 것을 말한다. 즉, 최소 표면에너지를 갖는 면이 표면에 노출되도록 특정한 배향으로 결정이 성장하게 되는 것을 말하며, 물질에 따라 우선 배향 면은 달라지나, 산화아연(ZnO)의 경우에는 C축방향의 (002) 면이 우선배향면인 것으로 알려져 있다. Preferred orientation of the crystals in the thin film means that the surface with the lowest surface energy among the various crystal planes of the crystals is parallel to the surface of the substrate in order to have the most stable energy state when the crystals grow on the substrate. It means to grow. That is, the crystal grows in a specific orientation so that the surface having the minimum surface energy is exposed to the surface. The orientation surface is different depending on the material, but in the case of zinc oxide (ZnO), the (002) plane in the C-axis direction It is known that this is a preferred orientation surface.
따라서, 일반적인 스퍼터링 방법에 의해 산화아연 박막을 증착하는 경우에는 거의 (002) 면으로 결정이 배향된 단일 배향의 단결정(single crystal) 또는 다결정(poly crystal)의 산화아연이 형성된다.Therefore, when the zinc oxide thin film is deposited by a general sputtering method, a single crystal or polycrystal zinc oxide having a single orientation in which crystals are oriented to the (002) plane is formed.
이러한 단일 배향의 박막은 고품위의 박막 제조에 일반적으로 유용한 것으로 알려져 있으나, 특정한 용도, 예를 들면 자외선 광 검출기(UV Photo detector) 용도에 있어서는 자외선 광에 대한 반응속도가 느린 단점이 있어 그다지 바람직하지 못하며, 빠른 광반응 속도를 가진 박막을 제조하기 위해서는 결정 배향이 여럿인 박막이 바람직하다. Such single-oriented thin films are generally known to be useful for the manufacture of high quality thin films. However, in certain applications, for example, UV photo detectors, the reaction rate to ultraviolet light is slow. In order to produce a thin film having a fast photoreaction rate, a thin film having a plurality of crystal orientations is preferable.
광반응은 박막 표면에서 산소의 흡착과 탈착이 주된 원인이며, 이러한 흡탈착이 많을수록 광반응이 더 잘 일어난다. 산소 흡탈착은 grain boundary같은 disorder를 많이 포함하는 표면, 즉 불안정성이 큰 표면일수록 잘 일어나므로, 결정이 다배향성을 갖는 경우 표면의 불안정성이 증가하여 광반응이 잘 일어나게 된다. The photoreaction is mainly due to the adsorption and desorption of oxygen on the surface of the thin film, and the more the adsorption and desorption, the better the photoreaction occurs. Oxygen adsorption and desorption occurs more frequently on surfaces containing disorders such as grain boundaries, that is, on surfaces with high instability. Therefore, when the crystal is multi-orientated, surface instability increases and photoreaction occurs well.
본 발명은 기판 상에 산화아연(ZnO)계 박막을 성장시킬 때에 산화칼슘(CaO)을 포함하는 중간층(interlayer) 박막을 기판과 산화아연 박막 사이에 개재시킴으로써, 산화아연계 박막이 단일 배향으로 결정성장 하지 않고, 2 이상의 서로 다른 배향을 가지면서 결정 성장하도록 하는 것이 특징이다. In the present invention, when an zinc oxide (ZnO) based thin film is grown on a substrate, an interlayer thin film containing calcium oxide (CaO) is interposed between the substrate and the zinc oxide thin film so that the zinc oxide based thin film is determined in a single orientation. It is characterized by allowing crystals to grow while having two or more different orientations without growing.
일반적인 박막 증착 방법, 예를 들면 스퍼터링에 의해 기판 상에 직접 산화아연계 박막을 증착시킬 경우에는 산화아연 (002) 방향으로 우선 배향된 박막이 얻어지나, 본 발명과 같이 산화칼슘(CaO) 박막을 중간층으로 삽입한 경우에는 상기의 (002) 면 이외에 (100)면 및 (101) 면 등 다양한 결정 배향을 동시에 포함하는 산화아연계 박막이 얻어질 수 있다. In the case of depositing a zinc oxide thin film directly on a substrate by a general thin film deposition method, for example, sputtering, a thin film oriented preferentially in the direction of zinc oxide (002) is obtained, but a calcium oxide (CaO) thin film as in the present invention is When inserted into the intermediate layer, a zinc oxide based thin film including various crystal orientations such as the (100) plane and the (101) plane may be obtained in addition to the (002) plane.
이와 같이 2이상의 다양한 결정배향을 동시에 포함하는 산화아연계 박막은 자외선 등의 광에 대한 응답속도가 빠르므로, 자외선 광 검출기 등의 용도로 사용할 수 있다. As described above, the zinc oxide thin film including two or more various crystal orientations has a fast response speed to light such as ultraviolet light, and thus may be used for applications such as ultraviolet light detectors.
본 발명에 사용되는 기판은 특별히 제한되지 않으며, 그 비제한적인 예는 유 리 기판 또는 플라스틱 기판이 있고, 플라스틱 기판의 비제한적인 예로는 PET(polyethylene terephthalate), PEN(polyethylene 2,6-naphthalate), PES(polyether sulfone), PEI(polyether imide), PMMA(polymethylmethacrylate), PC(polycarbonate) 등이 있다. The substrate used in the present invention is not particularly limited, and non-limiting examples thereof include glass substrates or plastic substrates, and non-limiting examples of plastic substrates include polyethylene terephthalate (PET) and
본 발명에서, 상기 산화아연계 박막은 도판트가 포함되지 않은 ZnO 이거나, 또는 도판트 M이 포함된 ZnO:M 일 수 있으며, 상기 M은 n형 도판트 또는 p형 도판트 일 수 있다. 상기 M이 n형 도판트일 경우에는 13족 원소 또는 +3의 산화수를 갖는 전이금속일 수 있고, 그 비제한적인 예는 B, Al, Ga, In, Tl, Sc, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni등이 있다. In the present invention, the zinc oxide thin film may be ZnO without a dopant, or ZnO: M with a dopant M, and the M may be an n-type dopant or a p-type dopant. When M is an n-type dopant, it may be a Group 13 element or a transition metal having an oxidation number of +3. Non-limiting examples thereof include B, Al, Ga, In, Tl, Sc, V, Cr, Mn, Fe , Co, Ni and the like.
이 때, 상기 도판트의 농도는 0.1 wt% ~ 10 wt% 범위일 수 있다. At this time, the concentration of the dopant may be in the range of 0.1 wt% to 10 wt%.
한편, 본 발명에서 상기 산화칼슘(CaO)을 포함하는 중간층 박막의 두께는 5 ~ 100 nm 범위일 수 있다. 상기 중간층 박막의 두께가 상기 범위보다 작을 경우에는 산화아연계 박막이 단일 배향으로 결정 성장하는 문제점이 있다. Meanwhile, in the present invention, the thickness of the intermediate layer thin film including calcium oxide (CaO) may be in the range of 5 to 100 nm. When the thickness of the intermediate layer thin film is less than the above range, there is a problem in that the zinc oxide thin film grows in a single orientation.
본 발명의 2이상의 서로 다른 결정 배향(Crystal Orientation)을 갖는 결정을 동시에 포함하는 산화아연계 박막을 구비한 다층 박막은 다음과 같이, A multilayer thin film having a zinc oxide-based thin film simultaneously containing crystals having two or more different crystal orientations of the present invention is as follows.
a) 기판 위에 산화칼슘(CaO)을 포함하는 중간층(interlayer) 박막을 증착시키는 단계; 및 a) depositing an interlayer thin film comprising calcium oxide (CaO) on a substrate; And
b) 상기 중간층 박막 위에 산화아연(ZnO)계 박막을 증착시키는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다.b) may be prepared by a method comprising depositing a zinc oxide (ZnO) based thin film on the interlayer thin film.
이 때, 상기 산화 아연계 박막은 PVD(Physical Vapor Deposition)방법, 예컨 대 이온 플레이팅(ion-plating), 또는 스퍼터링(sputtering) 등에 의하여 증착될 수 있고, 상기 중간층은 CVD(Chemical Vapor Deposition)및 PVD(Physical Vapor Deposition), 예컨대 이베퍼레이션(evaporation), 이온 플레이팅(ion plating), 스퍼터링(sputtering) 등의 방법에 의해 증착될 수 있다. In this case, the zinc oxide-based thin film may be deposited by a physical vapor deposition (PVD) method, for example, ion-plating, or sputtering, and the intermediate layer may be formed by chemical vapor deposition (CVD) and Physical vapor deposition (PVD), such as evaporation, ion plating, sputtering, or the like, may be deposited.
바람직하게는 상기 중간층 및 산화아연계 박막은 스퍼터링 방법에 의해 증착될 수 있고, 더욱 바람직하게는 RF 마그네트론 스퍼터링(Radio Frequency Magnetron Sputtering)에 의해 증착될 수 있다. 다만, 본 발명이 상기 방법에 한정되는 것은 아니며, 박막 증착 방법이기만 하면 특별히 제한되지 않는다.Preferably, the intermediate layer and the zinc oxide-based thin film may be deposited by a sputtering method, and more preferably may be deposited by RF magnetron sputtering. However, the present invention is not limited to the above method, and is not particularly limited as long as it is a thin film deposition method.
예컨대, 본 발명의 박막의 제조방법의 일 실시예를 살펴보면, 스퍼터링 챔버 내에 기판과 산화칼슘 타겟을 일정간격으로 서로 대향하여 위치시키고, 아르곤(Ar) 가스를 플라즈마화 시킨 후, 타겟에 걸린 바이어스 전압에 의해 아르곤 플라즈마를 가속시켜 산화칼슘 타겟에 충돌시킨다. 아르곤 플라즈마의 충돌에 의해 떨어져 나온 산화칼슘은 기판 위에 증착되어 산화칼슘 박막을 성막(成膜)시킨다. 한편, 동일한 시스템에서 타겟을 산화아연으로 교체한 후 동일한 공정을 수행하면, 상기 산화칼슘 중간층이 성막된 기판 상에 산화아연계 박막을 증착시킬 수 있다. 이 때, 박막의 두께는 스퍼터링 시간 등을 조절함으로써 용이하게 조절 가능하다. For example, referring to an embodiment of the method of manufacturing a thin film of the present invention, a substrate and a calcium oxide target are positioned to face each other at a predetermined interval in a sputtering chamber, and after argon (Ar) gas is converted into plasma, a bias voltage applied to the target is applied. The argon plasma is accelerated to collide with the calcium oxide target. Calcium oxide separated by the collision of argon plasma is deposited on the substrate to form a calcium oxide thin film. Meanwhile, when the target is replaced with zinc oxide in the same system and the same process is performed, a zinc oxide thin film may be deposited on the substrate on which the calcium oxide intermediate layer is formed. At this time, the thickness of the thin film can be easily adjusted by adjusting the sputtering time or the like.
상기 a)와 b)단계는 각각 별도로 수행될 수도 있으나, 바람직하게는 상기의 일 실시예와 같이 하나의 시스템 내에서 연속적으로 수행될 수도 있다. 예컨대, 스퍼터링을 이용하여 기판 상에 산화칼슘 박막을 증착한 후, 같은 챔버 내에서 다른 조건의 변화없이 타겟 물질만 산화아연으로 교체함으로써, 산화칼슘 박막이 증착된 기판 상에 산화아연 박막을 증착할 수도 있다. Steps a) and b) may be performed separately, respectively. Preferably, the steps a) and b) may be continuously performed in one system as described above. For example, by depositing a thin film of calcium oxide on a substrate using sputtering, and then replacing only the target material with zinc oxide without changing other conditions in the same chamber, the thin film of zinc oxide can be deposited on a substrate on which the thin film of calcium oxide is deposited. It may be.
이와 같이, 하나의 시스템에서 산화칼슘 박막과 산화아연계 박막을 연속적으로 증착하는 것이 가능하다는 점에서 번거로운 과정 없이 용이하게 박막을 제조할 수 있다는 장점이 있다. 다만, 본 발명의 산화칼슘 박막과 산화아연계 박막이 하나의 시스템 내에서 연속적으로 증착되는 방법에 한정하는 것은 아니며, 각각 독립적으로 증착될 수도 있다. 예컨대, 산화칼슘 박막만 기판 상에 증착시킨 후, 챔버를 옮겨서 다른 챔버에서 산화아연계 박막을 증착할 수도 있다. As described above, it is possible to easily manufacture a thin film without a cumbersome process in that it is possible to continuously deposit a calcium oxide thin film and a zinc oxide thin film in one system. However, the calcium oxide thin film and the zinc oxide thin film of the present invention are not limited to the method of being continuously deposited in one system, and may be deposited independently. For example, after depositing only a calcium oxide thin film on a substrate, the chamber may be moved to deposit a zinc oxide thin film in another chamber.
상기의 a)와 b) 단계는 각각 독립적으로 상온 ~ 300℃의 온도에서 수행되는 것이 바람직하다. Steps a) and b) above are preferably performed at a temperature of room temperature to 300 ° C. independently.
이 때, 온도에 따라 나타나는 결정 배향의 종류가 차이날 수 있으며, 예컨대 상온 ~ 100℃에서는 두 가지의 결정 배향만 나타날 수 있는 반면, 200 ~ 300 ℃에서는 세 가지의 결정 배향이 나타날 수 있다. At this time, the kind of crystal orientations that appear depending on the temperature may be different, for example, only two crystal orientations may appear at room temperature to 100 ° C, while three crystal orientations may appear at 200 to 300 ° C.
박막의 증착온도가 상기 범위보다 높을 경우에는 단일 결정 배향이 나타날 수 있다. If the deposition temperature of the thin film is higher than the above range, a single crystal orientation may appear.
본 발명에서 제공하는 산화아연계 다층 박막을 구비한 자외선 광 검출기는 당업자에게 알려진 방법에 의하여 제조될 수 있으며, 예컨대, 상기 산화아연계 다층 박막을 포함하는 수광부(受光部), 상기 산화아연계 다층 박막이 빛을 받아 발생한 전기신호를 받아 처리하는 회로부 및 그 결과에 대한 정보를 표시하는 표시부 등으로 구성될 수 있다. The ultraviolet light detector having the zinc oxide-based multilayer thin film provided in the present invention may be manufactured by a method known to those skilled in the art, for example, a light receiving unit including the zinc oxide-based multilayer thin film, the zinc oxide-based multilayer The thin film may include a circuit unit for receiving and processing an electrical signal generated by light and a display unit for displaying information about the result.
이하, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 보다 자세히 설명할 것이다. 그러 나 본 발명이 이로써 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. However, the present invention is not limited thereto.
[실시예 1] Al doped ZnO / CaO interlayer / Glass 다층 박막 제조 Example 1 Al doped ZnO / CaO Interlayer / Glass Multilayer Thin Film Manufacturing
<중간층(interlayer) 증착>Interlayer Deposition
유리 기판 위에 RF 마그네트론 스퍼터를 이용하여 CaO 박막을 증착하였다. 스퍼터링 타겟은 CaO 소결체 타겟을 이용하였고, 증착된 CaO 박막의 두께는 약 15nm 이었다. A CaO thin film was deposited on a glass substrate using an RF magnetron sputter. The sputtering target used a CaO sintered target, and the thickness of the deposited CaO thin film was about 15 nm.
이외의 스퍼터링 조건은 바이어스 전압(bias voltage) 약 -220V, 챔버 내의 압력 3×10-3 torr, 아르곤(Ar) 가스의 유량 50sccm, 증착온도는 200℃ 이었다.Other sputtering conditions were a bias voltage of about -220 V, a pressure of 3 x 10 -3 torr in the chamber, a flow rate of 50 sccm of an argon (Ar) gas, and a deposition temperature of 200 deg.
<산화아연계 박막 증착>Zinc Oxide Thin Film Deposition
상기 제작된 CaO중간층 위에 RF 마그네트론 스퍼터를 이용하여 ZnO(Al 2wt%, Ga 3wt% 도핑) 박막을 증착하였다. 낮은 파워에서 빠른 증착속도를 얻기 위해 스퍼터링 타겟은 ZnO(Al 2wt% 도핑)와 ZnO(Ga 3wt% 도핑) 소결체 타겟을 이용하였고, 증착된 ZnO 박막의 두께는 145nm 였다. 이외에 다른 스퍼터링 조건은 중간층 증착의 경우와 동일하였다. The ZnO (
[비교예 1] Al doped ZnO/Glass 박막 제조 Comparative Example 1 Preparation of Al doped ZnO / Glass Thin Film
중간층을 증착하지 않고, 유리 기판 상에 바로 ZnO(Al 2wt%, Ga 3wt% 도핑)를 증착한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 산화아연계 박막을 제작하였다. A zinc oxide thin film was manufactured in the same manner as in Example 1, except that ZnO (
[실험예 1]Experimental Example 1
상기 실시예 및 비교예에서 제작된 박막의 표면을 주사전자현미경(Scanning Electron Microscopy, SEM)으로 관찰하였고, 박막의 두께는 ST2000-DLX(케이맥, 한국)에 의해 측정하였으며, CuKα(λ=0.154nm)radiation을 이용하여 X선 회절분석(X--y Diffraction analysis, XRD)을 행하였다. The surfaces of the thin films prepared in Examples and Comparative Examples were observed by Scanning Electron Microscopy (SEM), the thickness of the thin films was measured by ST2000-DLX (K Mac, Korea), CuKα (λ = 0.154 nm). X-ray diffraction analysis (XRD) was performed using) radiation.
도 2는 실시예 1과 같이 산화칼슘을 중간층 박막으로 사용한 산화아연계 다층 박막의 표면(a)과, 비교예 1과 같이 중간층 박막 없이 일반적인 방법으로 제작된 산화 아연계 박막의 표면(b)에 대한 사진이다. 도 2의 (a)와 (b)에서 알 수 있듯이 산화칼슘 중간층 박막의 삽입으로 인해 산화아연 결정 입자의 크기가 크게 증가하였다. 결정입자의 크기는 결정의 다배향성과는 직접적인 관계는 없으나, 결정배향과 함께 광반응에 중요한 영향을 미치는 인자가 될 수 있다. 결정 입자의 크기가 클수록 광반응 속도가 향상될 수 있다. FIG. 2 shows the surface (a) of the zinc oxide-based multilayer thin film using calcium oxide as an interlayer thin film as in Example 1, and the surface (b) of the zinc oxide based thin film produced by a general method without the interlayer thin film as in Comparative Example 1. For the picture. As can be seen from (a) and (b) of FIG. 2, the size of the zinc oxide crystal grains was greatly increased due to the insertion of the calcium oxide interlayer thin film. The crystal grain size is not directly related to the crystal orientation, but it may be an important factor in the photoreaction with the crystal orientation. As the size of the crystal grains increases, the photoreaction rate may be improved.
도 3은 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 산화칼슘 중간층 박막을 사용한 산화아연계 다층 박막과 중간층 박막 없는 일반적인 산화아연계 박막의 XRD 분석결과이다. 산화칼슘 중간층 박막을 사용하지 않은 경우에는 XRD상 하나의 피크(4)만 나타나며, 이는 C축 방향으로 성장되는 ZnO (002) 면을 나타내는 것이다. 반면에 산화칼슘 중간층 박막을 삽입한 경우에는 다양한 피크(5, 6, 7)들이 나타남을 볼 수 있다. 이 때, 5는 ZnO (100) 면, 6은 ZnO (002) 면, 7은 ZnO (101) 면을 나타낸다. 즉 산화칼슘 박막의 삽입으로 산화 아연계 박막이 다양한 성장 방향으로 성장됨을 알 수 있다. 3 is an XRD analysis result of a zinc oxide multilayer thin film using a calcium oxide interlayer thin film prepared in Example 1 and Comparative Example 1 and a general zinc oxide thin film without an interlayer thin film. When no calcium oxide interlayer thin film was used, only one
본 발명은 기판과 산화아연계 박막 사이에 산화칼슘 중간층 박막을 개재시킴으로써, 산화아연이 단일 배향으로 결정 성장하지 않고, 2 이상의 결정 성장 배향을 가지며 성장하도록 할 수 있으며, 이러한 다배향성 박막을 증착장치의 구조 변경 없이도 용이하게 제작할 수 있다. 이러한 다배향성 산화아연계 박막은 빠른 광 응답속도를 가질 수 있기 때문에 자외선 광 검출기 용도로 적용이 가능하다. According to the present invention, by interposing a calcium oxide interlayer thin film between a substrate and a zinc oxide thin film, the zinc oxide can be grown with two or more crystal growth orientations without growing crystals in a single orientation. It can be produced easily without changing the structure of the. Such a multi-directional zinc oxide thin film may have a fast optical response speed and thus may be applied to an ultraviolet light detector.
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