[논문 리뷰] Electrical and optical properties of ITO thin films prepared by DC magnetron sputtering for low-emitting coatings

Hadi Askari, Hamidreza Fallah외 2명|arXiv (Cornell University)|2014. 09. 18.

ZnO doping and propertiesMaterials Science참고 문헌 1인용 수 20

한 줄 요약

이 연구는 저열방출성(저e) 코atings의 고적외선 반사율과 고가시광선 투과율을 확보하기 위해 유리 기판 상에서 ITO 박막을 DC 매그네톤 스퍼터링하는 것을 조사한다. 400 °C에서 스퍼터링 출력과 산소 유량을 조절함으로써 저자들은 89.5%의 적외선 반사율(열방출율 <11%)과 85%의 가시광선 투과율을 달성하였으며, 최적의 전기적 및 광학적 성능을 위해 실측된 운반자 농도와 플라즈마 파장이 제공되었다.

ABSTRACT

Optimized DC magnetron sputtering system for the deposition of transparent conductive oxides (TCOs), such indium tin oxide (ITO) on glass substrate has been applied in order to achieve low-emitting (low-e) transparent coatings. To obtain the concerned electrical resistance and high infrared reflection, first the effect of applied sputtering power then oxygen flow on the properties of films have been investigated. The other depositions parameters are kept constant. Film deposition at at temperature 400 degree of Celsius in oxygen flow of 3 Standard Cubic Centimeters per Minute results in transparent and infrared reflecting coatings. Under this condition the highest attained average reflectance in the infrared is (λ=3-25 micron) 89.5% (lowest emittance equals to less than 11%), whereas transparency in the visible is 85% approximately. Plasma wavelength and carrier concentration was measured.

연구 동기 및 목표

• 에너지 절약 창문을 위한 저열방출성 투명 도체 산화물(TCO) 코atings 개발.
• 향상된 적외선 반사율과 가시광선 투과율을 확보하기 위해 DC 매그네톤 스퍼터링을 이용한 ITO 박막 증착 최적화.
• 스퍼터링 출력과 산소 유량이 ITO 박막의 전기적 및 광학적 성질에 미치는 영향 조사.
• 저e 코atings 응용을 위한 고적외선 반사율과 고가시광선 투과율 간의 균형 확보.
• 박막 성능과 연관된 운반자 농도와 플라즈마 파장을 측정하기 위함.

제안 방법

• 고정된 온도 400 °C에서 DC 매그네톤 스퍼터링을 이용해 유리 기판 상에 ITO 박막을 증착하였다.
• 기타 증착 조건을 일정하게 유지하면서 스퍼터링 출력과 산소 유량을 체계적으로 변화시켰다.
• 산소 유량을 3 sccm으로 최적화하여 원하는 박막 스토이키오메트리와 전기적 성질을 확보하였다.
• 가시광선(400–700 nm) 및 적외선(3–25 μm) 스펙트럼 범위에서 투과율과 반사율을 측정하였다.
• 전기적 성능 평가를 위해 실험적으로 플라즈마 파장과 운반자 농도를 측정하였다.
• 광학적 및 전기적 분석을 지원하기 위해 박막 두께와 표면 미세 구조를 특성화하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 스퍼터링 출력을 변화시킬 경우 ITO 박막의 전기적 및 광학적 성질에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 고적외선 반사율과 고가시광선 투과율을 확보하기 위해 최적의 산소 유량은 무엇인가?
• RQ3 DC 매그네톤 스퍼터링을 통해 증착된 ITO 박막은 열방출율 <11%를 확보하면서도 고가시광선 투과율 >80%를 유지할 수 있는가?
• RQ4 스퍼터링된 ITO 박막에서 운반자 농도와 플라즈마 파장 간의 관계는 어떠한가?
• RQ5 증착 온도와 산소 유량이 저열방출성 코atings의 박막 성능에 공동으로 미치는 영향은 무엇인가?

주요 결과

• 400 °C에서 산소 유량 3 sccm 조건에서 ITO 박막은 3–25 μm 범위에서 평균 적외선 반사율 89.5%를 달성하였다.
• 박막은 열방출율이 11% 미만이었으며, 이는 저열방출성 응용에 적합함을 확인하였다.
• 가시광선 투과율은 400–700 nm 범위에서 약 85%에 도달하여 높은 광학적 투명도를 나타내었다.
• 운반자 농도와 플라즈마 파장을 측정하여 박막의 전기적 도전성에 대한 통찰을 확보하였다.
• 특정 조합의 스퍼터링 출력과 산소 유량에서 최적의 박막 성능이 달성되었으며, 다른 매개변수는 일정하게 유지되었다.
• 이 연구는 DC 매그네톤 스퍼터링이 에너지 절약형 유리에 적합한 고성능 ITO 코atings을 제조할 수 있음을 확인하였다.