Zinc oxide (ZnO) based transparent conducting oxides (TCO) thin films, are used in many applications such as solar cells, flat panel displays, and LEDs due to their wide bandgap nature and excellent electrical properties. In the present work, fluorine and aluminium-doped ZnO targets are prepared and thin films are deposited on soda-lime glass substrate using a RF magnetron sputtering unit. The aluminium concentration is fixed at 2 wt%, and the fluorine concentration is adjusted between 0 to 2.0 wt% with five different concentrations, namely, Al2ZnO98(AZO), F0.5AZO97.5(FAZO1), F1AZO97(FAZO2), F1.5AZO96.5(FAZO3), and F2AZO96(FAZO4). Thin films are deposited with an RF power of 40 W and working pressure of 5 m Torr at 270 oC. The morphological analysis performed for the thin film reveals that surface roughness decreases in FAZO1 and FAZO2 samples when doped with a small amount of fluorine. Further, optical and electrical properties measured for FAZO1 sample show average optical transmissions of over 89 % in the visible region and 82.5 % in the infrared region, followed by low resistivity and sheet resistance of 3.59 × 10−4 Ωcm and 5.52 Ω/sq, respectively. In future, these thin films with excellent optoelectronic properties can be used for thin-film solar cell and other optoelectronics applications.

Due to its favorable optical properties, Cu2SnS3 (CTS) is a promising material for thin film solar cells. Doping, which modifies the absorber properties, is one way to improve the conversion efficiency of CTS solar cells. In this work, CTS solar cells with selenium doping were fabricated on a flexible substrate using sputtering method and the effect of doping on the properties of CTS solar cells was investigated. In XRD analysis, a shift in the CTS peaks can be observed due to the doped selenium. XRF analysis confirmed the different ratios of Cu/Sn and (S+Se)/(Cu+Sn) depending on the amount of selenium doping. Selenium doping can help to lower the chemical potential of sulfur. This effectively reduces the point defects of CTS thin films. Overall improved electrical properties were observed in the CTS solar cell with a small amount of selenium doping, and a notable conversion efficiency of 1.02 % was achieved in the CTS solar cell doped with 1 at% of selenium.

Cu2ZnSn(Sx,Se1-x)4 (CZTSSe) thin films were prepared by sulfurization of evaporated precursor thin films. Precursor was prepared using evaporation method at room temperature. The sulfurization was carried out in a graphite box with S powder at different temperatures. The temperatures were varied in a four step process from 520˚C to 580˚C. The effects of the sulfurization temperature on the micro-structural, morphological, and compositional properties of the CZTSSe thin films were investigated using X-ray diffraction (XRD), Raman spectra, field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), and transmission electron microscopy (TEM). The XRD and Raman results showed that the sulfurized thin films had a single kesterite crystal CZTSSe. From the FE-SEM and TEM results, the Mo(Sx,Se1-x)2 (MoSSe) interfacial layers of the sulfurized CZTS thin films were observed and their thickness was seen to increase with increasing sulfurization temperature. The microstructures of the CZTSSe thin films were strongly related to the sulfurization temperatures. The voids in the CZTSSe thin films increased with the increasing sulfurization temperature.

ZnO thin films co-doped with Mg and Ga (MxGyZzO, x+y+z=1, x=0.05, y=0.02 and z=0.93) were preparedon glass substrates by RF magnetron sputtering with different sputtering powers ranging from 100W to 200W at a substratetemperature of 350oC. The effects of the sputtering power on the structural, morphological, electrical, and optical propertiesof MGZO thin films were investigated. The X-ray diffraction patterns showed that all the MGZO thin films were grown asa hexagonal wurtzite phase with the preferred orientation on the c-axis without secondary phases such as MgO, Ga2O3, orZnGa2O4. The intensity of the diffraction peak from the (0002) plane of the MGZO thin films was enhanced as the sputteringpower increased. The (0002) peak positions of the MGZO thin films was shifted toward, a high diffraction angle as thesputtering power increased. Cross-sectional field emission scanning electron microscopy images of the MGZO thin filmsshowed that all of these films had a columnar structure and their thickness increased with an increase in the sputtering power.MGZO thin film deposited at the sputtering power of 200W showed the best electrical characteristics in terms of the carrierconcentration (4.71×1020cm−3), charge carrier mobility (10.2cm2V−1s−1) and a minimum resistivity (1.3×10−3Ωcm). A UV-visible spectroscopy assessment showed that the MGZO thin films had high transmittance of more than 80% in the visibleregion and that the absorption edges of MGZO thin films were very sharp and shifted toward the higher wavelength side, from270nm to 340nm, with an increase in the sputtering power. The band-gap energy of MGZO thin films was widened from3.74eV to 3.92eV with the change in the sputtering power.

Two-dimensional (2D) nano patterns including a two-dimensional Bravais lattice were fabricated by laser interference lithography using a two step exposure process. After the first exposure, the substrate itself was rotated by a certain angle, 90˚ for a square or rectangular lattice, 75˚ for an oblique lattice, and 60˚ for a hexagonal lattice, and the 90˚ and laser incident angle changed for rectangular and the 45˚ and laser incident angle changed for a centered rectangular; we then carried out a second exposure process to form 2D bravais lattices. The band structure of five different 2D nano patterns was simulated by a beam propagation program. The presence of the band-gap effect was shown in an oblique and hexagonal structure. The oblique latticed ZnO nano-photonic crystal array had a pseudo-bandgap at a frequency of 0.337-0.375, 0.575-0.596 and 0.858-0.870. The hexagonal latticed ZnO nano-crystallite array had a pseudo-bandgap at a frequency of 0.335-0.384 and 0.585-0.645. The ZnO nano structure with an oblique and hexagonal structure was grown through the patterned opening window area by a hydrothermal method. The morphology of 2D nano patterns and ZnO nano structures were investigated by atomic force microscopy and scanning electron microscopy. The diameter of the opening window was approximately 250 nm. The height and width of ZnO nano-photonic crystals were 380 nm and 250 nm, respectively.

고주파 스피터 방법으로 제조된 SnO2감지막 위에 에어로졸 화염 증착법으로 알루미나 표면 보호층을 증착하여 SnO2박막 가스 센서의 감지 특성에 미치는 영향에 대햐여 조사하였고, 표면 보호층에 귀금속 Pt를 도핑하여 Pt의 함량이 CO 및 CH(sub)4 가스들의 선택성에 미치는 영향에 대하여 조사하였다. SnO2박막은 R.F power 50 W, 공정 압력 4 mtorr, 기판온도 200˚C에서 30분간 0.3μm 두께로 Pt 전극 위에 제조하였고, 질산알루미늄(Al(NO3).9H2O) 용액을 희석하여 에어로졸 화염증착법으로 알루미나 표면 보호층을 만든후 600˚C에서 6시간동안 산소분위기에서 열처리하였다. 알루미나 표면 보호층이 증착된 SnO2가스 센서소자의 경우 보호층이 없는 가스 센서와 비교하여 CO 가스에 대한 감도는 매우 감소하였으나 CH4가스에 대한 감도 특성은 순수한 SnO2센서 소자와 비슷하였다. 결과적으로 보호층을 이용하여 CH4가스에 대한 상대적인 선택성 증가를 이룰 수 있었다. 특히 표면 보호층에 Pt가 첨가된 센서 소자의 경우 CO 가스에 대해서는 낮은 감도 특성을 나타내었으나 CH4에 대한 감도는 매우 증가하여 CH4가스의 선택성을 더욱 증대시킬 수 있었다. CH4가스 선택성 향상에 미치는 알루미나 표면 보호층과 Pt의 역할에 대하여 고찰해 보았다.

열처리가 분위기 Y(sub)0.7Ca(sub)0.3CrO(sub)3<원문참조>의 치밀화 및 전기적 특서에 미치는 영향을 조사하였다. 1700˚C 공기중에서 12시간 소결된 시편을 1400˚C O2, Air, N2에서 시간의 변화에 따라 재열처리하였다. N2분위기에서 열처리한 Y(sub)0.7Ca(sub)0.3CrO(sub)3<원문참조>의 밀도는 열처리 시간이 증가함에 따라 다음과 같이 변화하였다. 4.5(0hr)→5.35(24hrs)→5.1g/cm3(48hrs). 전기전도도는 열처리 시간이 증가함에 따라 큰변화는 없었으며, 활성화 에너지는 0.16eV로 일정하였다. Air에서 재열처리한 경우 밀도는 거의 변하지 않았으나, 활성화 에너지는 시간에 따라 0.19에서 0.115eV까지 변화하였다. O2분위기에서 열철한 Y(sub)0.7Ca(sub)0.3CrO(sub)3<원문참조>의 밀도는 24시간 열처리후 4.9(g/cm3)로 증가후 일정하였다. 24시간 이상 N 분위기에서 열처리한 경우와는 다르게 기지상과 비슷한 조성의 제 2상의 석출되었으며 24시간동안 열처리한 시편까지는 전기 전도도에 변화가 없었다. 그러나 48시간 동안 열처리된 시편의 전기 전도도는 감소하였고 활성화 에너지는 400K이하에서 0.167eV, 400K 이상에서 0.24eV이었다.

마그네트론 스퍼터로 알루미나 기판위에 SnO2박막을 증착하여 증착온도, rf 전력, 공정기체 중 산소분율(O2/Ar)등 공정변수에 따른 박막의 미세구조와 가스검지 특성을 조사하였다. 증착된 박막의 미세구조는 결정성이 없는 비정질 구조(A), 비정질 기지 중에 결정이 분산된 구조(A=P), 방향성이 거의 없는 다결정 구조(P), 미세 기둥구조(FC), 조대한 기둥구조(CC), 고밀도 특성을 보이는 섬유상 구조(Zone T)의 6가지로 분류되었다. 공정 중 산소를 첨가하지 않았을 때, 저온, 낮은 rf 전력에서 A 구조가, 저온, 높은 rf 전력에서 A+P 구조가, 고온, 높은 rf 전력에서 P 구조가 형성되었고, 산소 첨가 시는 낮은 rf 전력, 저온에서 FC 구조가, 낮은 rf 전력, 고온에서 CC 구조, 높은 rf 전력, 저온에서 Zone T 구조가 형성되었다. 위의 미세구조를 가진 박막들을 센서로 제작하여 200˚C, 300˚C, 400˚C에서 CO 가스에 대한 민감도를 측정한 결과200˚C에서는 감도가 나타나지 않으며, 300˚C, 400˚C에서는 FC 구조를 가진 센서가 다른 미세구조를 가진 센서에 비해 우수한 감도를 나타냈다. 이는 미세한 column 들로 이루어진 FC 구조의 높은 비표면적으로 인해 산소와 피검가스의 흡착이 많아지게 되고, 가스흡착에 의한 저항변화, 즉 감도가 높게 나타나는 것으로 판단된다.

AI2O3와 Na2O가 AFD법에 의해 제조된 sodium borosilicate 유리박막의 특성에 미치는 영향을 조사하였다. AI2O3함량이 증가함에 따라 66SiO2-27B2O3-7Na2O유리박막의 상분리는 억제되었으며, 6.0wt%의 AI2O3가 첨가되었을 때 공기중 급냉조건하에서 상분리가 없는 유리박막이 얻어졌다. AI2O3함량이 1.5에서 6.0wt%로 증가함에 따라 유리박막의 굴절율은 1.4610에서 1.4701로 선형적으로 증가하였으며, 복굴절률을 나타내는 TE 모드와 TM 모드의 차이도 점차적으로 증가하였다. 그러나 복굴절률은 유리박막을 전이온도 이하에서 재열처리함으로써 감소시킬 수 있었다. 66SiO2-27B2O3-7Na2O+6wt% AI2O3에 Na2O의 함량을 증가시켜 Na2O/B2O3가 0.23, 0.34, 0.45, 0.56인 유리박막을 제작하였다. Na2O/B2O3의 비가 증가함에 유리박막의 굴절율 및 복굴절률은 증가하는 경향이 있었다. 또한 Na2O/B2O3의 비가 증가함에 따라 유리박막의 상분리는 가속화되었다.

(1-x)CaTi O3-xLa(Z n12/ Ti12/) O3의 마이크로 유전특성을 조사하였다. x가 증가함에 따라 비유전율과 공진주파수의 온도계수는 감소하였으며, Qㆍ f0는 증가하였다. 그 결과 x=0.5인 (C a0.5L a0.5)( Ti0.75Z n0.25) O3의 조성에서 εr=51, Qㆍ f0=38,000 (at 7 GHz), τf=+5ppm/˚C의 유전특성이 나타났다. (C a0.5L a0.5)( Ti0.75Z n0.25) O3조성의 소결온도를 저하시키기 위하여 B i2 O3를 주조성으로한 소결체를 첨가하여 소결 및 유전특성을 조사하였다. 1wt% 0.76B i2 O3-0.24NiO가 첨가된 경우 소결온도는 150˚C 낮아졌으며, 비유전율 (εr), 공진주파수의 온도계수(τf), Qㆍ f0가 각각 50+5ppm/˚C, 35,000인 마이크로파 유전특성이 얻어졌다. 또한 3wt%의 0.76B i2 O3-0.24NiO가 첨가된 경우 소결온도는 200˚C 저하되었고, 비유전율 (εr)과 공진주파수의 온도계수 (τf)는 변하기 않았으나, Qㆍ f0값이 38,000에서 25,000으로 저하되었다. 25,000으로 저하되었다.되었다.되었다.되었다.

SiO2를 첨가한 Cr2O3의 전기전도도와 미세구조를 산소분압, 온도, 그리고 SiO2첨가량에 따라 측정하였다. 입자직경은 1μm보다 작다. 순수한 Cr2O3의 전기전도도는 산소분압과 온도가 증가함에 따라 증가하였으며 1100˚C부터 진성 영역이 나타났다. Cr2O3의 전기전도도는 SiO2첨가로 감소하지만, 산소분압에 따른 변화는 SiO2첨가와 무관하다.