p-n다이오드응용을 위한 p형 투명 도전성 SrCu2O2소재 연구

Abstract

최근 투명 전자회로의 구현을 통한 투명 디바이스에 대한 기대가 높아지고 있으며, 이미 n채널을 가진 IGZO 계 투명 TFT 에서는 높은 이동도가 구현되고 있다. 또한 n형의 ITO, ZnO 계 투명 전도성 산화물은 가시광 영역에서 높은 투명성과 전도도로 LCD, PDP 등의 디스플레이 태양전지 및 유기 발광 다이오드 등의 전극 소재로 폭넓게 활용되고 있다. 그러나 대부분의 투명 전도성산화물은 n형의 소재가 주류를 이루고 있으므로, 투명회로의 구현을 위해서는 투명 p형 반도체의 개발이 전제조건이다. 그중 SrCu2O2는 3.3eV 의 밴드갭 에너지를 가진 p형 투명 산화물 반도체로서 이미 널리 알려진 CuAlO2등과 같은 델라포사이트 화합물보다 저온에서 성막가능한 점 등으로 실용화가 유망한 소재이며, Sr에 대한 약 3%의 K 치환 고용에 의하여 10배 이상의 상온 전기전도도의 증진에 대한 보고가 있었다. 본 연구에서는 고상 소결법으로 K/Na co-doping에 의한 고용 영역을 탐색 하여, 조성별 SrCu2O2 타겟을 제조하였으며, K/Na co-doping 소결체 및 RF magnetron sputtering으로 제조한 박막의 전기적, 광학적 특성을 평가하였다. 그 결과 고상법을 이용하여 SrCu2O2의 전도성 향상을 위한 신규 조성 탐색을 통해 K1+와 Na1+가 최대 20%까지 고용가능한 SrCu2O2계 단일 조성이 합성 가능함을 확인 하였고, RF Magnetron sputter로 500℃의 비교적 저온에서 유리 기판 상에 단일조성의 SrCu2O2박막과 (Sr0.90K0.05Na0.05)Cu2O2 및 (Sr0.80K0.10Na0.10)Cu2O2 박막의 제조 가능함을 확인 하였다. 제조된 박막은 조성별로 0.053～0.082S/cm의 전기전도도와 이동도 2cm2/Vs의 전기적 특성을 보였고, 가시광 영역에서 87.8%의 높은 투과율을 나타내 RF Magnetron Sputtering법으로 기존의 PLD나 E-beam 법으로 제조한 SrCu2O2박막과 동등한 성능을 발현하는 박막을 제조할수 있음을 알 수 있었다.. p형 특성이 구현된 SrCu2O2 박막의 p-n 다이오드 소자로써의 응용 가능성을 검토하기 위하여 RF Magnetron Sputter 장비를 이용하여 p-SrCu2O2 / n-ZnO(3%Al) 헤테로 접합 다이오드를 제작, 다이오드에 대한 특성을 평가하였다. 그 결과, 약 69%의 투과도를 나타내는 다이오드를 제작하였으며, I-V특성은 비 선형적인 p-n접합 특성을 나타내었고 Turn on voltage는 1V로 나타남을 확인할 수 있었다.