KR20150062797A

KR20150062797A - 투명 전도성 박막

Info

Publication number: KR20150062797A
Application number: KR1020130147806A
Authority: KR
Inventors: 박현철; 김광희; 곽찬; 손윤철; 이상목
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2013-11-29
Filing date: 2013-11-29
Publication date: 2015-06-08
Anticipated expiration: 2033-11-29
Also published as: US20150155065A1; US9666324B2; KR102181436B1

Abstract

아연(Zn), 갈륨(Ga), 인듐(In), 및 이들의 조합으로부터 선택된 이종 금속 원소를 가지는 질화 티타늄 또는 질화 지르코늄을 포함하는 투명 전도성 박막 및 이를 포함한 전자 소자가 제공된다.

Description

투명 전도성 박막{TRANSPARENT CONDUCTIVE THIN FILM}

투명 전도성 박막, 그 제조 방법, 및 이를 포함하는 전자 소자에 관한 것이다.

LCD 또는 LED 등의 평판 디스플레이, 터치 패널, 태양 전지, 투명 트랜지스터 등의 전자 소자는 투명 전극을 포함한다. 투명 전극용 재료는, 가시광 영역에서 예컨대 80% 이상의 높은 광투과도와 예컨대 1 x 10^-3 Ω*cm 이하의 낮은 비저항을 가지도록 요구될 수 있다. 현재 사용되고 있는 투명 전극 재료에는, 인듐 주석 산화물 (ITO), 주석 산화물 (SnO₂), 아연 산화물(ZnO) 등이 있다. ITO는 SnO₂에 의해 전자 농도가 증가되는 n형 반도체의 일종이며, ITO의 전기적 및 광학적 특성은 전자농도, 광학적 밴드갭(bandgap), 전자의 이동도 (mobility)에 의해 결정될 수 있다. 통상의 ITO는, 90 wt%의 In₂O₃와 10 wt% SnO₂의 고용체 화합물로서 높은 전하 농도(carrier concentration)를 가진다. 그러나, ITO는 유연성이 좋지 않고 인듐의 제한된 매장량으로 인해 가격 상승이 불가피하여 이를 대체할 소재의 개발이 절실히 요구되고 있다. 주석 산화물(SnO₂)은 저렴하고 화학적으로 안정하지만, 에칭이 어렵고 비저항이 인듐 산화물 및 아연 산화물보다 높으며, 높은 공정 온도를 필요로 한다. 아연 산화물은 투명도와 전기 전도도가 ITO에 근접한 것으로 보고 되고 있으나, 화학적으로 불안정하여 습식 에칭시 높은 식각율 및 패턴 유지가 어렵다. OLED 등의 소자는, 상온에서 증착에 의해 투명 전극을 형성해야 하는데, 이렇게 증착된 투명 전도성 전극은 비정질이거나 혹은 결정성이 낮아 전기전도도가 낮게 되고 면저항이 높아지는 문제점이 있다.

따라서, 상온 증착에서도 높은 투명도와 함께 향상된 전도도를 가지는 소재의 개발이 요청되고 있다.

일 구현예는 높은 전도도 및 우수한 광투과도를 가지는 질화물계 투명 전극 재료에 대한 것이다.

다른 구현예는 상기 질화물계 투명 전극 재료의 제조 방법에 대한 것이다.

또 다른 구현예는, 이러한 투명 전극 재료를 포함하는 전자 소자에 대한 것이다.

일구현예는, 아연(Zn), 갈륨(Ga), 인듐(In), 및 이들의 조합으로부터 선택된 이종금속 원소를 가지는 질화 티타늄 또는 질화 지르코늄을 포함하는 투명 전도성 박막을 제공한다.

상기 질화 티타늄 또는 질화 지르코늄은, 하기 화학식 1로 나타내어질 수 있다:

[화학식 1]

A_1- _xMe_xN_y

여기서, A는 티타늄(Ti) 또는 지르코늄(Zr)이며, Me는 아연(Zn), 갈륨(Ga), 인듐(In), 또는 이들의 조합이고, x는 0.01 내지 0.5의 수이고, y는 0.8 내지 1.2의 수이다.

상기 화학식 1에서, x는 0.1 내지 0.5의 수일 수 있다.

상기 투명 전도성 박막은, 비저항이 10^-2 Ω*cm 미만일 수 있다.

상기 투명 전도성 박막은, 550nm 파장의 광에 대한 투과율이 60% 이상일 수 있다.

상기 투명 전도성 박막은, 두께가 120 nm 이하일 수 있다.

다른 구현예는, 이종 원소를 가지는 질화 티타늄 또는 질화 지르코늄을 포함하는 투명 전도성 박막을 제조하는 방법을 제공하며, 상기 방법은,

Ti 금속 타겟 및 Zn₃N₂, InN, 및 GaN 로부터 선택된 1 종 이상의 이종 금속 질화물 타겟을 얻는 단계; 상기 타겟들 및 질소 가스와 불활성 가스를 포함하는 스퍼터링 가스를 사용하여 반응성 코-스퍼터링(reactive co-sputtering)을 수행하여 기재 상에 질화 티타늄 또는 질화 지르코늄을 포함하는 투명 전도성 박막을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 질화 티타늄 또는 질화 지르코늄은, 아연(Zn), 갈륨(Ga), 인듐(In), 및 이들의 조합으로부터 선택된 금속 원소를 가진다

상기 스퍼터링 가스에서 상기 불활성 가스는, 아르곤일 수 있다.

상기 스퍼터링 가스는, 질소/불활성 가스의 비율이 0.1 이상일 수 있다.

또 다른 구현예는, 아연(Zn), 갈륨(Ga), 인듐(In), 및 이들의 조합으로부터 선택된 이종 금속 원소를 가지는, 질화 티타늄 또는 질화 지르코늄을 포함하는 투명 전도성 박막을 포함하는 전자 소자(electronic device)를 제공한다.

상기 전자 소자는, 평판 디스플레이, 터치 패널, 태양전지, e-윈도우, 히트 미러(heat mirror), 투명 트랜지스터, 또는 유연 디스플레이일 수 있다.

높은 전도도를 유지하면서, 가시광에 대하여 향상된 광투과도를 가지는 질화물계 투명 전도성 재료를 제공할 수 있다. 상기 질화물계 투명 전도성 재료는, ITO 수준의 투명성 및 전도성을 나타낼 수 있고, 상온 증착이 가능하여 ITO 대체 재료로서의 잠재적 이용 가능성이 높다.

도 1은 일구현예에 따라 코-스퍼터링에 의한 이종금속 원소 포함 질화 티타늄 박막의 형성을 모식적으로 나타낸 도이다.
도 2는 참고예 1에서 형성한 TiN 박막의 XRD 스펙트럼을 나타내는 것이다.
도 3은 실시예 1에 따라 형성된 Ti₀ _.9Zn₀ _.1N 박막의 XRD 스펙트럼을 나타내는 것이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 구현예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 구현예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 구현예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 구현예들에서, 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.

일구현예에서 투명 전도성 박막은, 아연(Zn), 갈륨(Ga), 인듐(In), 및 이들의 조합으로부터 선택된 이종금속 원소를 가지는 질화 티타늄 또는 질화 지르코늄을 포함한다.

[화학식 1]

A_1- _xMe_xN_y

여기서, A는 티타늄(Ti) 또는 지르코늄(Zr)이며, Me는 아연(Zn), 갈륨(Ga), 인듐(In), 또는 이들의 조합이고, x는 0.01 내지 0.5의 수이고, y 는 질화 티타늄 또는 질화 지르코늄 화합물을 형성하는 질소의 몰(mole) 양이다. y 는 0.8 내지 1.2의 수일 수 있다. 상기 화학식 1에서, x는 0.1 내지 0.5, 예컨대, 0.2 내지 0.5의 수일 수 있다.

질화 티타늄 또는 질화 지르코늄은, 금속 수준의 높은 전도도, 예컨대 3 내지 5 x 10^-5 ohm*cm 를 나타낼 수 있어 전극 재료로 사용되고 있으나, 광투과도가 투명 전도성 재료로 사용할 수 있을 정도로 충분히 높지 못하다. 예를 들어, 질화 티타늄은 ITO 이 비해 투과도가 좋지 않으므로, 이를 투명 전극 재료로 사용할 수 있게 하기 위해서는 광투과도, 특히 가시광에 대한 투과도의 향상이 필요하다.

질화 티타늄 및 질화 지르코늄은 높은 전자 농도를 가지며, 따라서 높은 전기 전도도 특성을 보일 수 있다. 상기 일구현예에 따른 투명 전도성 박막의 경우, 질화 티타늄 (또는 질화 지르코늄)에 Zn₃N₂, GaN, InN 등이 첨가 및/또는 치환되어 아연(Zn), 갈륨(Ga), 인듐(In), 및 이들의 조합으로부터 선택된 이종금속 원소를 가지는 상기 질화 티타늄 (또는 질화 지르코늄)을 형성한다. 특정 이론에 구속되려 함은 아니지만, 이러한 첨가 및/또는 치환은, 최종 재료에서 캐리어 농도를 변화시킬 수 있으나 캐리어의 이동성(mobility) 또는 밴드갭을 함께 증가시켜 높은 전도도를 유지하면서도 투명성을 향상시킬 수 있는 것으로 생각된다.

따라서, 상기 질화물계 투명 전도성 박막은, 비저항이 10^-2 ohm*cm 미만, 예를 들어 9 x 10^-3 ohm*cm 이하, 8 x 10^-3 ohm*cm 이하, 5 x 10^-3 ohm*cm 이하일 수 있다. 동시에, 상기 투명 전도성 박막은, 550nm 파장의 광에 대한 투과율이 60 % 이상, 예를 들어, 70% 이상, 80% 이상일 수 있다. 상기 투명 전도성 박막은, 두께가 120 nm 이하, 예를 들어, 90nm 이하, 80nm 이하, 70nm 이하, 60nm 이하, 50nm 이하, 40nm 이하, 또는 30nm 이하일 수 있다. 상기 두께는 제조된 박막의 광투과도에 영향을 줄 수 있다.

다른 구현예에서, 이종 원소를 가지는 질화 티타늄 또는 질화 지르코늄을 포함하는 투명 전도성 박막을 제조하는 방법은,

Ti 금속 타겟 및 Zn₃N₂, InN, 및 GaN 로부터 선택된 1 종 이상의 이종 금속 질화물 타겟을 얻는 단계; 상기 타겟 및, 질소 가스와 불활성 가스를 포함하는 스퍼터링 가스를 사용하여 반응성 코-스퍼터링을 수행하여 기재 상에 질화 티타늄 또는 질화 지르코늄을 포함하는 박막을 형성하는 단계를 포함하며,

상기 질화 티타늄 또는 질화 지르코늄은, 아연(Zn), 갈륨(Ga), 인듐(In), 및 이들의 조합으로부터 선택된 이종금속 원소를 가진다.

스퍼터링 장치로는, 코-스퍼터링을 위해 알려진 임의의 장치를 사용할 수 있다. 예컨대, RF 및 DC 전원 공급원을 구비한 마그네트론 스퍼터링 장치를 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 상기 질화 티타늄 또는 질화 지르코늄을 포함한 화합물 박막의 증착은, 열 증착 (thermal evaporation), 화학증착(CVD: Chemical Vapor Deposition), 원자층 증착(ALD: Atomic Layer Deposition) 등에 의해서도 가능하다. 이러한 증착을 위한 장치는 상업적으로 입수 가능하다. 코-스퍼터링에 의한 이종 금속 포함 질화 티타늄 박막 형성에 대한 비제한적인 일구현예를 도 1에 모식적으로 나타낸다(질화 지르코늄의 경우는 도시하지 않음). 도 1을 참조하면, 질소 및 Ar 분위기 하에서 Ti 금속 타겟과 이종 금속 질화물 타겟에 대하여 전압을 인가하여 소망하는 비율로 이종 금속 원소를 포함한 질화 티타늄 박막을 형성한다.

Ti 금속 타겟 및 이종 금속 질화물 타겟은, 공지된 방법으로 제조할 수 있거나, 상업적으로 입수 가능하다.

상기 불활성 가스는, 아르곤(Ar), 헬륨(He), 네온(Ne), 크립톤(Kr), 또는 이들의 조합일 수 있으며, 예컨대, 아르곤일 수 있다. 상기 스퍼터링 가스 내에서 질소 가스와 불활성 가스 (예컨대, 아르곤 가스)의 비율 (N₂/Ar)은 0.1 이상, 0.2 이상, 0.3 이상, 또는 0.4 이상일 수 있다. 상기 스퍼터링 가스 내에서 질소 가스와 불활성 가스 (예컨대, 아르곤 가스)의 비율 (N₂/Ar)은 0.6 이하일 수 있다.

기재의 재질 및 형상은 특별히 제한되지 않으며, 적절히 선택할 수 있다. 예컨대, 상기 기재는 유리 등 무기 산화물; 석영(quartz); 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리올레핀, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리이미드 등의 수지; Si, Ga 등의 반도체 재료; 단결정 또는 다결정 등 결정성 재료 등일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 기재는 임의의 형상일 수 있다.

스퍼터링 조건은, 소망하는 조성을 가진 질화 티타늄 또는 질화 지르코늄을 형성할 수 있도록 적절히 조절할 수 있다. 예컨대, 질화물의 각 조성 제어를 위해 (예:원소별 화학양론) 다음과 같은 절차를 진행한다: TiN (혹은 ZrN) 및 이종 금속 질화물에 대하여 두께에 따른 증착 조건 (Power, 시간, 진공도 등)을 확인한다. 원하는 조성을 가지도록 화합물 박막을 증착하기 위하여 각각의 질화물의 밀도로부터, atom. %를 환산한 다음 스퍼터링 조건(Power, 시간, 진공도 등)을 결정할 수 있다.

전압 인가 방법에 있어, Ti 금속 타겟에 대하여는 DC 전원을 사용하고 이종 금속 질화물 타겟에 대하여는 RF 전원을 사용할 수 있다. 스퍼터링 시 온도는, 특별히 제한되지 않으며, 10 도씨 내지 400 도씨의 범위일 수 있다. 타겟-기재 간 거리도 특별히 제한되지 않으며, 5 cm 이상, 예컨대, 10 cm 내지 30 cm의 범위일 수 있다. 스퍼터링 시간은 5분 이상 일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 스퍼터링 시간을 조절하여 박막 두께를 제어할 수 있다.

제조된 박막은, 불활성 가스 분위기 및 고진공 분위기 내에서 포스트-어닐링(post-annealing)을 거칠 수 있다. 포스트 어닐링 시 온도는, 특별히 제한되지 않으며, 200 도씨 내지 500 도씨의 범위일 수 있다.

다른 구현예는, 아연(Zn), 갈륨(Ga), 인듐(In), 및 이들의 조합으로부터 선택된 이종 금속 원소를 가지는 질화 티타늄 또는 질화 지르코늄을 포함하는 투명 전도성 박막을 포함하는 전자 소자를 제공한다.

이종 금속 원소를 가지는 질화 티타늄 및 질화 지르코늄을 포함하는 투명 전도성 박막에 대한 구체적 내용은 전술한 바와 같다.

상기 전자 소자는, 평판 디스플레이, 터치 패널, 태양전지, e-윈도우, 히트 미러(heat mirror), 투명 트랜지스터, 또는 유연 디스플레이 (Flexible display) 일 수 있다.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로써 본 발명이 제한되어서는 아니된다.

[ 실시예 ]

참조예: 반응성 스퍼터링에 의한 TiN 박막 형성

티타늄 금속 타겟 및 스퍼터 가스로서 질소 (N₂)/아르곤 혼합물을 사용하여 아래 조건 하에 TiN 박막을 형성한다:

스퍼터링 장치: DC & RF 겸용 마그네트론 스퍼터링 장치[삼한 박막 진공, SHS-2M-3-400TL]

기재: Si 기판 (전도도 측정용) / E-glass (투과도 측정용)

출력: 150 W

시간: 10 분

Ti 금속 타겟: 99.999% (순도)

스퍼터링 장치 내에 Ti 금속 타겟을 장착하고, 장치의 체임버 안을 진공 펌프로 5 x 10^-5 Pa 이하로 감압한 후, 먼저 Ar 가스 및 질소 가스를 소정의 부피비로 공급하여 하기 N₂/Ar 비율이 표 1 및 도 2와 같이 되도록 조정한다. 타겟에 전압을 인가하여 10 분 동안 스퍼터링을 수행하여, 두께 50nm 의 박막을 얻는다.

얻어진 박막 각각에 대하여 X 선 회절 분석을 수행하고 그 결과를 도 2에 나타낸다. 또, 얻어진 박막 각각에 대하여 아래와 같은 방식으로 비저항 및 투과도를 측정하고 그 결과를 표 1에 정리한다.

비저항은, Hall effect apparatus (nanometrics, HL5500PC)를 이용하여, 4 probe 법에 따라 측정하고, 투과도는, 투과도/Haze 측정기(NIPPON DENSHOKU, NDH-5000)를 이용하여 파장 550nm에서 측정한다.

N₂/Ar 비율	비저항 (x10^-4 ohm*cm)	두께(nm)	투과도(% at 550nm)
0.1	4.5	50	32
0.2	20	50	43
0.4	92	50	58
0.6	540	50	65

표 1로부터, 형성된 TiN 박막은 스퍼터링 시 N₂/Ar 비율에 따라, 상이한 전도도와 투과도를 가짐을 확인한다. 표 1의 결과를 참조하면, N₂/Ar 비율이 작을수록, 비저항 및 투과도는 낮아진다. 예컨대, N₂/Ar 비율을 0.1 및 0.2로 하여 형성한 TiN 박막은, 비저항 값의 면에서 전극재료로 이용 가능하지만, 투과도의 면에서 투명전극 재료로는 사용할 수 없음을 확인한다.

도 2을 참조하면, TiN의 메인 피크(main peak)는 (111), (200). (220) 이며, N₂/Ar 비율 0.1 이상에서 (111) 피크가 검출되어 TiN 결정이 형성됨을 확인한다.

실시예 1:

스퍼터링 타겟으로서 티타늄 금속 타겟 및 Zn₃N₂ 타겟과, 스퍼터 가스로서 질소 (N₂)/아르곤 혼합물을 사용하여 아래 조건 하에 Zn₃N₂ 를 포함한 TiN 박막을 형성한다:

기재: Si 기판 (전도도 측정용) / E-glass (투과도 측정용)

출력: TiN - 120 W (DC power), Zn₃N₂ - 20 W (RF power)

시간: 10 분

Ti 금속 타겟: 99.999% (순도)

Zn₃N₂ 타겟: 99.95% (순도)

스퍼터링 장치 내에 Ti 금속 타겟 및 Zn₃N₂ 타겟을 장착하고, 장치의 체임버 안을 진공 펌프로 5 x 10^-5 Pa 이하로 감압한 후, 먼저 Ar 가스 및 질소 가스를 소정의 부피비로 공급하여 하기 N₂/Ar 비율이 0.2가 되도록 조정한다. 타겟에 전압을 인가하여 10 분 동안 스퍼터링을 수행하여, TiN에 Zn₃N₂ 가 10 atom %로 첨가/치환된 두께 40 nm 의 박막을 얻는다.

얻어진 박막 각각에 대하여 X 선 회절 분석을 수행하고 그 결과를 도 3에 나타낸다. 또, 얻어진 박막 각각에 대하여 참고예와 같은 방식으로 비저항 및 투과도를 측정한 결과, 비저항은 72x10^-4 ohm*cm, 투과도는 75% 임을 확인한다.

도 3을 참조하면, 제조된 박막은 TiN 결정 구조(FCC)를 가지는 것을 확인한다.

실시예 2: Ti₁ _-x(Zn, In, Ga)_xN 박막 형성 및 특성 분석 I

스퍼터링 타겟으로서 티타늄 금속 타겟 및, Zn₃N₂, InN, 및 GaN 타겟 으로부터 선택된 이종 금속 질화물 타겟과, 스퍼터 가스로서 질소 (N₂)/아르곤 혼합물을 사용하여 아래 조건 하에, 하기 표 2의 조성을 가진 Ti₁ _-x(Zn, In, Ga)_xN 박막을 형성한다:

기재: Si 기판 (전도도 측정용) / E-glass (투과도 측정용)

출력: TiN - 150 W (DC power), Zn₃N₂ - 50 W (RF power)

시간: 8 분

Ti 금속 타겟: 99.999% (순도)

Zn₃N₂ 타겟: 99.95% (순도)

InN 타겟: 99.95% (순도)

GaN 타겟: 99.95% (순도)

스퍼터링 장치 내에 Ti 금속 타겟 및 이종 원소 금속 질화물 타겟을 장착하고, 장치의 체임버 안을 진공 펌프로 5 x 10^-5 Pa 이하로 감압한 후, 먼저 Ar 가스 및 질소 가스를 소정의 부피비로 공급하여 하기 N₂/Ar 비율이 0.4가 되도록 조정한다. 타겟에 전압을 인가하여 8 분 동안 스퍼터링을 수행하여, 하기 표 2의 조성을 가진 두께 40 nm 의 박막을 얻는다.

얻어진 박막 각각에 대하여 참고예와 같은 방식으로 비저항 및 투과도를 측정하고, 그 결과를 아래 표 2에 정리한다.

조성	비저항 (x10^-4 ohm*cm)	두께(nm)	투과도(% at 550nm)
TiN	92	40	64
Ti₀ _.7Zn₀ _.3N	35	40	83
Ti₀ _.7In₀ _.3N	15	40	85
Ti₀ _.7Ga₀ _.3N	65	40	87

표 2의 결과로부터, Ti₁ _-x(Zn, In, Ga)_xN 박막은, 비저항을 낮은 수준으로 유지하면서도 가시광 영역에서의 광투과도를 크게 향상시킬 수 있음을 확인한다.

실시예 3: Ti₁ _- _xZn_xN 박막 형성 및 특성 분석

스퍼터링 타겟으로서 티타늄 금속 타겟 및, Zn₃N₂ 타겟과, 스퍼터 가스로서 질소 (N₂)/아르곤 혼합물을 사용하여 아래 조건 하에, 하기 표 2의 비율로 이종 금속을 가지는 TiN 박막을 형성한다:

기재: Si 기판 (전도도 측정용) / E-glass (투과도 측정용)

출력: TiN - 150 W (DC power), Zn₃N₂ - 20W, 35W, 50 W, 75W, 90W (RF power)

시간: 8 분

Ti 금속 타겟: 99.999% (순도)

Zn₃N₂ 타겟: 99.95% (순도)

스퍼터링 장치 내에 Ti 금속 타겟 및 Zn₃N₂ 타겟을 장착하고, 장치의 체임버 안을 진공 펌프로 5 x 10^-5 Pa 이하로 감압한 후, 먼저 Ar 가스 및 질소 가스를 소정의 부피비로 공급하여 하기 N₂/Ar 비율이 0.4가 되도록 조정한다. 타겟에 전압을 인가하여 8 분 동안 스퍼터링을 수행하여, 하기 표 3의 조성을 가진 두께 40 nm 의 박막을 얻는다.

얻어진 박막 각각에 대하여 참고예와 같은 방식으로 비저항 및 투과도를 측정하고, 그 결과를 아래 표 3에 정리한다.

조성	비저항 (x10^-4 ohm*cm)	두께(nm)	투과도(% at 550nm)
TiN	92	40	64
Ti₀ _.9Zn₀ _.1N	72	40	75
Ti₀ _.9Zn₀ _.2N	56	40	80
Ti₀ _.9Zn₀ _.3N	35	40	83
Ti₀ _.9Zn₀ _.4N	45	40	82
Ti₀ _.9Zn₀ _.5N	85	40	80

표 3의 결과로부터, Zn₃N₂ 함량이 20 내지 50 atom.% 일 경우 특히 우수한 비저항값 및 광투과도 값을 나타냄을 확인한다.

실시예 4:

스퍼터링 타겟으로서 지르코늄 금속 타겟 및 Zn₃N₂ 타겟과, 스퍼터 가스로서 질소 (N₂)/아르곤 혼합물을 사용하여 아래 조건 하에 TiN 박막을 형성한다:

기재: Si 기판 (전도도 측정용) / E-glass (투과도 측정용)

출력: ZrN - 150 W (DC power), Zn₃N₂ - 50 W (RF power)

시간: 8 분

Zr 금속 타겟: 99.999% (순도)

Zn₃N₂ 타겟: 99.95% (순도)

스퍼터링 장치 내에 Zr 금속 타겟 및 Zn₃N₂ 타겟을 장착하고, 장치의 체임버 안을 진공 펌프로 5 x 10^-5 Pa 이하로 감압한 후, 먼저 Ar 가스 및 질소 가스를 소정의 부피비로 공급하여 하기 N₂/Ar 비율이 0.4 가 되도록 조정한다. 타겟에 전압을 인가하여 8 분 동안 스퍼터링을 수행하여, ZrN에 Zn₃N₂ 가 30 atom %로 첨가/치환된 두께 40 nm 의 박막을 얻는다. 참고예와 같은 방식으로 비저항 및 투과도를 측정한 결과, 비저항은 110x10^-4 ohm*cm 이고, 투과도는 75% 임을 확인한다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims

아연(Zn), 갈륨(Ga), 인듐(In), 및 이들의 조합으로부터 선택된 이종 금속 원소를 가지는 질화 티타늄 또는 질화 지르코늄을 포함하는 투명 전도성 박막으로서, 상기 질화 티타늄 또는 질화 지르코늄은, 하기 화학식 1로 나타내어지는 투명 전도성 박막:
[화학식 1]
A_1- _xMe_xN_y
여기서, A는 티타늄(Ti) 또는 지르코늄(Zr)이며, Me는 아연(Zn), 갈륨(Ga), 인듐(In), 또는 이들의 조합이고, x는 0.01 내지 0.5의 수이고, y 는 0.8 내지 1.2의 수이다.
제1항에 있어서,
상기 화학식 1에서 x는 0.1 내지 0.5의 수인 투명 전도성 박막.
제1항에 있어서,
상기 투명 전도성 박막은, 비저항이 10^-2 Ω*cm 미만인 투명 전도성 박막.
제1항에 있어서,
상기 투명 전도성 박막은, 550nm 파장의 광에 대한 투과율이 60 % 이상인 투명 전도성 박막.
제1항에 있어서,
상기 투명 전도성 박막은, 두께가 150 nm 이하인 투명 전도성 박막.
이종 원소를 가지는 질화 티타늄 또는 질화 지르코늄을 포함하는 투명 전도성 박막의 제조방법으로서,
Ti 금속 타겟 및 Zn₃N₂, InN, 및 GaN 로부터 선택된 1 종 이상의 이종 금속 질화물 타겟을 얻는 단계;
상기 타겟을 사용하고 질소 가스 및 불활성 가스를 포함하는 스퍼터링 가스로 사용하여 반응성 코-스퍼터링을 수행하여 기재 상에 질화 티타늄 또는 질화 지르코늄을 포함하는 박막을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 질화 티타늄 또는 질화 지르코늄은, 아연(Zn), 갈륨(Ga), 인듐(In), 및 이들의 조합으로부터 선택된 이종금속 원소를 가지는 투명 전도성 박막 제조 방법.
제6항에 있어서,
상기 질화 티타늄 또는 질화 지르코늄은, 하기 화학식 1로 나타내어지는 투명 전도성 박막 제조 방법:
[화학식 1]
A_1- _xMe_xN_y
여기서, A는 티타늄(Ti) 또는 지르코늄(Zr)이며, Me는 아연(Zn), 갈륨(Ga), 인듐(In), 또는 이들의 조합이고, x는 0.01 내지 0.5의 수이고, y 는 0.8 내지 1.2의 수이다.
제6항에 있어서,
상기 스퍼터링 가스는, 0.1 이상의 질소 가스 및 불활성 가스 비율(N₂/불활성 가스)을 가지는 투명 전도성 박막 제조 방법.
제6항에 있어서,
상기 스퍼터링 가스에서, 상기 불활성 가스는, 아르곤 가스인 투명 전도성 박막 제조 방법.
아연(Zn), 갈륨(Ga), 인듐(In), 및 이들의 조합으로부터 선택된 이종 금속 원소를 가지는, 질화 티타늄 또는 질화 지르코늄을 포함하는 투명 전도성 박막을 포함하는 전자 소자(electronic device)로서,
상기 질화 티타늄 또는 질화 지르코늄은, 하기 화학식 1로 나타내어지는 전자 소자:
[화학식 1]
A_1- _xMe_xN_y
여기서, A는 티타늄(Ti) 또는 지르코늄(Zr)이며, Me는 아연(Zn), 갈륨(Ga), 인듐(In), 또는 이들의 조합이고, x는 0.01 내지 0.5의 수이고, y 는 0.5 내지 1.5의 수이다.
제10항에 있어서,
상기 화학식 1에서 x는 0.1 내지 0.5의 수인 전자 소자.
제10항에 있어서,
상기 투명 전도성 박막은, 비저항이 10^-2 Ω*cm미만인 전자 소자.
제10항에 있어서,
상기 투명 전도성 박막은, 550nm 파장의 광에 대한 투과율이 60 % 이상인 전자 소자.
제10항에 있어서,
상기 투명 전도성 박막은, 두께가 150 nm 이하인 전자 소자.
제10항에 있어서,
상기 전자 소자는, 평판 디스플레이, 터치 패널, 태양전지, e-윈도우, 히트 미러(heat mirror), 투명 트랜지스터, 또는 유연 디스플레이인 전자 소자.