급속 열처리 온도가 HfO2 박막의 구조적 및 광학적 특성에 미치는 효과

정윤근,정양희,강성준 한국전자통신학회 2019 한국전자통신학회 논문지 Vol.14 No.3

We fabricated HfO2 thin films using RF magnetron sputtering method, and investigated structural and optical properties of HfO2 thin films with RTA temperatures in N2 ambient. HfO2 thin films exhibited polycrystalline structure regardless of annealing process, FWHM of M(-111) showed reduction trend. The surface roughness showed the smallest of 3.454nm at a annealing temperature of 600℃ in result of AFM. All HfO2 thin films showed the transmittance of about 80% in visible light range. By fitting the refractive index from the transmittance and reflectance to the Sellmeir dispersion relation, we can predict the refractive index of the HfO2 thin film according to the wavelength. HfO2 thin film annealed at 600℃exhibited a high refractive index of 2.0223 (λ=632nm) and an excellent packing factor of 0.963. 본 연구에서는 고주파 마그네트론 스퍼터링 법을 이용하여 HfO2 박막을 제작하고, 질소 분위기에서 급속 열처리 온도에 따른 HfO2 박막의 구조적 및 광학적 특성을 조사하였다. XRD 측정을 통해 열처리 유무에 상관없이 HfO2 박막은 다결정 구조를 가짐을 확인할 수 있었고, 열처리 온도가 증가함에 따라 반가폭은 감소하는 추세를 나타내었다. 박막의 표면을 AFM 으로 조사한 결과, 600℃ 에서 열처리한 박막의 표면 거칠기가 3.454nm 로 가장 작은 값을 나타내었다. 모든 HfO2 박막들은 가시광 영역에서 약 80% 정도의 투과도를 나타내었다. 또한 투과도와 반사도로부터 구한 굴절률과 셀마이어 분산 관계로부터, 파장에 따른 HfO2 의 굴절률을 예측할 수 있었다. 600℃ 에서 열처리 한 HfO2 박막이 2.0223 (λ=632nm) 의 높은 굴절률과 0.963 의 높은 우수한 충진율을 나타내었다.

Highly-impermeable Al₂O₃/HfO₂ moisture barrier films grown by low-temperature plasma-enhanced atomic layer deposition

Kim, Lae Ho,Jang, Jin Hyuk,Jeong, Yong Jin,Kim, Kyunghun,Baek, Yonghwa,Kwon, Hyeok-jin,An, Tae Kyu,Nam, Sooji,Kim, Se Hyun,Jang, Jaeyoung,Park, Chan Eon Elsevier 2017 Organic Electronics Vol.50 No.-

<P><B>Abstract</B></P> <P>Polymer substrates are essential components of flexible electronic applications such as OTFTs, OPVs, and OLEDs. However, high water vapor permeability of polymer films can significantly reduce the lifetime of flexible electronic devices. In this study, we examined the water vapor permeation barrier properties of Al<SUB>2</SUB>O<SUB>3</SUB>/HfO<SUB>2</SUB> mixed oxide films on polymer substrates. Al<SUB>2</SUB>O<SUB>3</SUB>/HfO<SUB>2</SUB> films deposited by plasma-enhanced atomic layer deposition were transparent, chemically stable in water and densely amorphous. At 60 °C and 90% relative humidity (RH) accelerated condition, 50-nm-thick Al<SUB>2</SUB>O<SUB>3</SUB>/HfO<SUB>2</SUB> had water vapor transmission rate (WVTR) = 1.44 × 10<SUP>−4</SUP> g m<SUP>−2</SUP> d<SUP>−1</SUP>, whereas single layers of Al<SUB>2</SUB>O<SUB>3</SUB> had WVTR = 3.26 × 10<SUP>−4</SUP> g m<SUP>−2</SUP> d<SUP>−1</SUP> and of HfO<SUB>2</SUB> had WVTR = 6.75 × 10<SUP>−2</SUP> g m<SUP>−2</SUP> d<SUP>−1</SUP>. At 25 °C and 40% RH, 50-nm-thick Al<SUB>2</SUB>O<SUB>3</SUB>/HfO<SUB>2</SUB> film had WVTR = 2.63 × 10<SUP>−6</SUP> g m<SUP>−2</SUP> d<SUP>−1</SUP>, which is comparable to WVTR of conventional glass encapsulation.</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> Al<SUB>2</SUB>O<SUB>3</SUB>, HfO<SUB>2</SUB>, and Al<SUB>2</SUB>O<SUB>3</SUB>/HfO<SUB>2</SUB> mixed oxide films were deposited by plasma-enhanced atomic layer deposition (PEALD). </LI> <LI> Al<SUB>2</SUB>O<SUB>3</SUB>/HfO<SUB>2</SUB> mixed oxide films were prepared by alternating deposition of Al<SUB>2</SUB>O<SUB>3</SUB> and HfO<SUB>2</SUB> (one layer of each per cycle). </LI> <LI> Al<SUB>2</SUB>O<SUB>3</SUB>/HfO<SUB>2</SUB> mixed oxide films had densely-packed amorphous structure due to Al<SUB>2</SUB>O<SUB>3</SUB> and high chemical stability due to HfO<SUB>2</SUB>. </LI> <LI> All Al<SUB>2</SUB>O<SUB>3</SUB>/HfO<SUB>2</SUB> mixed oxide films were less permeable to moisture than were single Al<SUB>2</SUB>O<SUB>3</SUB> or HfO<SUB>2</SUB> films. </LI> </UL> </P> <P><B>Graphical abstract</B></P> <P>[DISPLAY OMISSION]</P>

급속 열처리 온도가 HfO₂ 박막의 구조적 및 광학적 특성에 미치는 효과

정윤근,정양희,강성준,Chung, Yeun-Gun,Joung, Yang-Hee,Kang, Seong-Jun 한국전자통신학회 2019 한국전자통신학회 논문지 Vol.14 No.3

본 연구에서는 고주파 마그네트론 스퍼터링 법을 이용하여 $HfO_2$ 박막을 제작하고, 질소 분위기에서 급속 열처리 온도에 따른 $HfO_2$ 박막의 구조적 및 광학적 특성을 조사하였다. XRD 측정을 통해 열처리 유무에 상관없이 $HfO_2$ 박막은 다결정 구조를 가짐을 확인할 수 있었고, 열처리 온도가 증가함에 따라 반가폭은 감소하는 추세를 나타내었다. 박막의 표면을 AFM 으로 조사한 결과, $600^{\circ}C$ 에서 열처리한 박막의 표면 거칠기가 3.454 nm 로 가장 작은 값을 나타내었다. 모든 $HfO_2$ 박막들은 가시광 영역에서 약 80% 정도의 투과도를 나타내었다. 또한 투과도와 반사도로부터 구한 굴절률과 셀마이어 분산 관계로부터, 파장에 따른 $HfO_2$ 의 굴절률을 예측할 수 있었다. $600^{\circ}C$ 에서 열처리 한 $HfO_2$ 박막이 2.0223 (${\lambda}=632nm$) 의 높은 굴절률과 0.963 의 높은 우수한 충진율을 나타내었다. We fabricated $HfO_2$ thin films using RF magnetron sputtering method, and investigated structural and optical properties of $HfO_2$ thin films with RTA temperatures in $N_2$ ambient. $HfO_2$ thin films exhibited polycrystalline structure regardless of annealing process, FWHM of M (-111) showed reduction trend. The surface roughness showed the smallest of 3.454 nm at a annealing temperature of $600^{\circ}C$ in result of AFM. All $HfO_2$ thin films showed the transmittance of about 80% in visible light range. By fitting the refractive index from the transmittance and reflectance to the Sellmeir dispersion relation, we can predict the refractive index of the $HfO_2$ thin film according to the wavelength. The $HfO_2$ thin film annealed at $600^{\circ}C$ exhibited a high refractive index of 2.0223 (${\lambda}=632nm$) and an excellent packing factor of 0.963.

범 밀도함수론을 이용한 정방정계-HfO₂/Si의 계면 층 구조 연구

김대희,서화일,김영철,Kim, D.H.,Seo, H.I.,Kim, Y.C. 한국진공학회 2009 Applied Science and Convergence Technology Vol.18 No.1

본 연구는 정방정계-$HfO_2$/Si 초격자의 계면 층 구조를 범밀도함수론 (density functional theory)을 이용하여 계산하였다. 입방정계-$HfO_2$는 Si 기판과 에피택시 접합을 위하여 a와 b축의 길이가 증가되면 c축의 길이가 2% 감소하여 정방정계 구조가 되었다. 정방정계-$HfO_2$와 Si 기판의 말단층에 따라서 8 개의 계면 층 모델이 생성되었다. 정방정계-$HfO_2$ (004)$_{1/4}$/Si $(004)_{3/4}$ 초격자구조가 에너지 관점에서 가장 안정하였고, 정방정계-$HfO_2$ $(004)_{1/4}$/Si (002) 초격자구조는 가장 불안정하였다. 에너지 관점에서 가장 불안정한 구조의 경우, 정방정계-$HfO_2$의 계면에 존재하는 2 개의 산소 원자가 Si 기판으로 이동하여 정방정계-$HfO_2$ 초격자구조에 2 개의 산소 공공이 생성되었다. We calculated tetragonal-$HfO_2$/Si superstructures using density functional theory. When a and b-axes of cubic-$HfO_2$ were increased to be matched with those of Si for epitaxy contact, c-axis was decreased by 2%. Eight models of interface layers were produced by choosing different terminating layers of tetragonal-$HfO_2$ and Si substrate at the interface. It was found that tetragonal-$HfO_2$ $(004)_{1/4}$/Si $(004)_{3/4}$ superstructure was the most favorable and tetragonal-$HfO_2$ (004)$_{1/4}$/Si (002) superstructure was the most unfavorable. In tetragonal-$HfO_2$ $(004)_{1/4}$/Si (002) superstructure, there were two oxygen vacancies in tetragonal-$HfO_2$ as two oxygen atoms were moved to Si substrate located at the interface.

Co-sputtered HfO_2-Al2O_3을 게이트 절연막으로 적용한 IZO 기반 Oxide-TFT 소자의 성능 향상

손희근,양정일,조동규,우상현,이동희,이문석 대한전자공학회 2011 電子工學會論文誌-SD (Semiconductor and devices) Vol.48 No.6

A transparent oxide thin film transistors (Transparent Oxide-TFT) have been fabricated by RF magnetron sputtering at room temperature using amorphous indium zinc oxide (a-IZO) as both of active channel and source/drain, gate electrodes and co-sputtered HfO_2-Al_2O_3 (HfAlO) as gate dielectric. In spite of its high dielectric constant ( >20), HfO_2 has some drawbacks including high leakage current and rough surface morphologies originated from small energy band gap (5.31eV)and microcrystalline structure. In this work, the incorporation of Al2O3 into HfO_2 was obtained by co-sputtering of HfO_2and Al_2O_3 without any intentional substrate heating and its structural and electrical properties were investigated by x-ray diffraction (XRD), atomic force microscopy (AFM) and spectroscopic ellipsometer (SE) analyses. The XRD studies confirmed that the microcrystalline structures of HfO_2 were transformed to amorphous structures of HfAlO. By AFM analysis, HfAlO films (0.490nm) were considerably smoother than HfO_2 films (2.979nm) due to their amorphous structure. The energy band gap (Eg) deduced by spectroscopic ellipsometer was increased from 5.17eV (HfO_2) to 5.42eV (HfAlO). The electrical performances of TFTs which are made of well-controlled active/electrode IZO materials and co-sputtered HfAlO dielectric material, exhibited a field effect mobility of more than 10cm2/V·s, a threshold voltage of~2 V, an Ion/off ratio of >105, and a max on-current of >2 mA. 투명 산화물 반도체 (Transparent Oxide-TFT)를 활성층과 소스/드레인, 게이트 전극층으로 동시에 사용한 비결정 indium zinc oxide (a-IZO), 절연층으로 co-sputtered HfO_2-Al_2O_3 (HfAlO)을 적용하여 실온에서 RF-magnetron 스퍼터 공정에 의해제작하였다. TFT의 게이트 절연막으로써 HfO_2 는 그 높은 유전상수 ( >20)에도 불구하고 미세결정구조와 작은 에너지 밴드갭 (5.31eV) 으로 부터 기인한 거친 계면특성, 높은 누설전류의 단점을 가지고 있다. 본 연구에서는, 어떠한 추가적인 열처리공정 없이 co-sputtering에 의해 HfO_2와 Al_2O_3를 동시에 증착함으로써 구조적, 전기적 특성이 TFT 의 절연막으로 더욱 적합하게 향상되어진 HfO_2 박막의 변화를 x-ray diffraction (XRD), atomic force microscopy (AFM) and spectroscopic ellipsometer (SE)를 통해 분석하였다. XRD 분석은 기존 HfO_2 의 미세결정 구조가 Al_2O_3와의 co-sputter에 의해 비결정 구조로 변한 것을확인 시켜 주었고, AFM 분석을 통해 HfO_2 의 표면 거칠기를 비교할 수 있는 RMS 값이 2.979 nm 인 것에 반해 HfAlO의 경우 0.490 nm로 향상된 것을 확인하였다. 또한 SE 분석을 통해 HfO_2 의 에너지 밴드 갭 5.17 eV 이 HfAlO 의 에너지 밴드 갭5.42 eV 로 향상 되어진 것을 알 수 있었다. 자유 전자 농도와 그에 따른 비저항도를 적절하게 조절한 활성층/전극층 으로써의 IZO 물질과 게이트 절연층으로써 co-sputtered HfAlO를 적용하여 제작한 Oxide-TFT 의 전기적 특성은 이동도 10cm^2/V·s 이상, 문턱전압 2 V 이하, 전류점멸비 10^5 이상, 최대 전류량 2 mA 이상을 보여주었다.

Enhanced nucleation and growth of HfO₂ thin films grown by atomic layer deposition on graphene

Kim, Soo Bin,Ahn, Yeong Hwan,Park, Ji-Yong,Lee, Sang Woon Elsevier 2018 JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS Vol.742 No.-

<P><B>Abstract</B></P> <P>Nucleation and growth characteristics of HfO<SUB>2</SUB> thin films on graphene are investigated using atomic layer deposition (ALD). Substantial delay (∼70 ALD cycles) in the nucleation of HfO<SUB>2</SUB> films is observed during HfO<SUB>2</SUB> ALD on graphene, which causes large leakage current in Au/HfO<SUB>2</SUB>/graphene capacitors at low HfO<SUB>2</SUB> ALD cycles (<200). The nucleation delay in HfO<SUB>2</SUB> ALD decreases significantly to ∼10 ALD cycles with graphene surface treatment using trimethylaluminum (TMA) and H<SUB>2</SUB>O. Graphene surface treatment is performed in an ALD chamber prior to the deposition of HfO<SUB>2</SUB> film using TMA and H<SUB>2</SUB>O at 150 °C (same as the HfO<SUB>2</SUB> ALD process temperature). With the improvement in the nucleation of the HfO<SUB>2</SUB> films, the leakage current decreases significantly by a factor of 10<SUP>2</SUP>–10<SUP>5</SUP> (at 1 V) than that without surface treatment for a given number of HfO<SUB>2</SUB> ALD cycles. A higher dielectric constant of HfO<SUB>2</SUB> film is achieved using the surface treatment (k ∼14.5) than that without the surface treatment (k ∼5.6). The resistance of graphene increases substantially (ΔR/R<SUB>0</SUB> ∼24%) after the growth of HfO<SUB>2</SUB> films by ALD without surface treatment, indicating degradation of graphene properties. However, the electrical resistance of graphene changes negligibly (ΔR/R<SUB>0</SUB> ∼0.5%) after the growth of HfO<SUB>2</SUB> films with surface treatment, implying a conservation of the carrier mobility of graphene. This indicates the importance of surface treatment on graphene for HfO<SUB>2</SUB> film growth by ALD. Therefore, the graphene surface treatment using TMA and H<SUB>2</SUB>O thus enables an achievement of enhanced nucleation and electrical properties of HfO<SUB>2</SUB> films without degrading the mobility of graphene, thus providing promising opportunities in graphene electronics.</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> Nucleation of HfO<SUB>2</SUB> thin film by atomic layer deposition on graphene was investigated. </LI> <LI> Substantial delay in the nucleation of HfO<SUB>2</SUB> films was decreased by graphene surface treatment. </LI> <LI> The surface treatment was performed using trimethylaluminum and H<SUB>2</SUB>O. </LI> <LI> The electrical property of Au/HfO<SUB>2</SUB>/graphene capacitor was enhanced by surface treatment. </LI> </UL> </P>

저전력 휴대용 통신단말을 위한 이온빔 처리된 HfO2 박막의 특성 연구

김원배,이호영 한국위성정보통신학회 2015 한국위성정보통신학회논문지 Vol.10 No.3

본 연구에서는 이온빔 처리된 HfO2 박막을 이용한 액정디스플레이의 프리틸트각을 제어함으로써, 작은 구동전압에서도 안정적으로구동할 수 있는 디스플레이 소자에 응용할 수 있는 특성을 연구하였다. HfO2 박막의 원자 수준의 증착을 통해서 높은 유전율의 박막을 제조할 수 있었으며, 이는 저전력 구동을 위해서 필수적인 요소라고 생각한다. 또한 이러한 HfO2 박막의 액정배향성을 확인하여균일한 액정배향을 통해서 디스플레이 소자로의 응용가능성을 확인하였다. 특히 HfO2 박막에서의 액정배향성에 대해서 액정배향의대표적인 특성인 프리틸트각의 제어를 실험을 통해서 확인하였다. 실험결과 이온빔처리를 한 HfO2 박막에서의 액정배향의 특성을접촉각특성을 대표화하여 정량화 할 수 있었다. 본 연구의 결과 액정의 배향성 확보 및 프리틸트각을 제어할 수 있는 고유전율HfO2 박막의 제조가 가능한 것을 확인할 수 있었으며, 고유전율 특성에서 기인하는 저전력 구동의 가능성을 확인할 수 있었다. Ion-beam irradiation(IB) on HfO2 surface induced high-performance liquidcrystal(LC) driving at a 1-V threshold with vertical alignment of liquid crystals(LC). The high-k materials Atomic layer deposition was used to obtain LC orientation on ultrathin and high-quality films of HfO2 layers. To analyze surface morphological transition of HfO2 which can act as physical alignment effect of LC, atomic force microscopy images are employed with various IB intensities. The contact angle was measured to elucidate the mechanism of vertical alignment of LC on HfO2 with IB irradiation. Contact angle measurement show the surface energy changes via IB intensity increasing.

HfO₂-Si의 조성비에 따른 HfSiO_x의 IZO 기반 산화물 반도체에 대한 연구

조동규,이문석,Cho, Dong Kyu,Yi, Moonsuk 대한전자공학회 2013 전자공학회논문지 Vol.50 No.2

본 연구에서는 IZO를 활성층으로 하고 $HfSiO_x$를 절연층으로 한 TFT에 대하여 그 성능을 측정하였다. $HfSiO_x$는 $HfO_2$ target과 Si target을 co-sputtering 하여 증착하였으며 RF power를 달리 하여 네 가지의 $HfSiO_x$ 박막을 제작하였다. 공정의 간소화를 위해 게이트 전극을 제외한 모든 층들은 RF-magnetron sputtering system과 shadow mask만을 이용하여 증착하였으며 공정의 간소화를 위해 어떠한 열처리도 하지 않았다. 네 가지 $HfSiO_x$ 박막의 구조적 변화를 X-ray diffraction(XRD), atomic force microscopy(AFM)을 통해 분석하였고, 그 전기적 특성을 확인하였다. 박막 내 $HfO_2$와 Si의 조성비에 따라 그 특성이 현저히 차이가 남을 확인하였다. $HfO_2$(100W)-Si(100W)의 조건으로 증착한 $HfSiO_x$ 박막을 절연층으로 한 소자의 특성이 전류 점멸비 5.89E+05, 이동도 2.0[$cm^2/V{\cdot}s$], 문턱전압 -0.5[V], RMS 0.263[nm]로 가장 좋은 결과로 나타났다. 따라서 $HfSiO_x$ 박막 내의 적절한 $HfO_2$와 Si의 조성비가 계면의 질을 향상시킴은 물론, $HfO_2$자체의 trap이나 defect를 효과적으로 줄여 줌으로써 소자의 성능 향상에 중요한 요소라 판단된다. In this work, we investigated the enhanced performance of IZO-based TFTs with $HfSiO_x$ gate insulators. Four types of $HfSiO_x$ gate insulators using different diposition powers were deposited by co-sputtering $HfO_2$ and Si target. To simplify the processing sequences, all of the layers composing of TFTs were deposited by rf-magnetron sputtering method using patterned shadow-masks without any intentional heating of substrate and subsequent thermal annealing. The four different $HfSiO_x$ structural properties were investigated x-ray diffraction(XRD), atomic force microscopy(AFM) and also analyzed the electrical characteristics. There were some noticeable differences depending on the composition of the $HfO_2$ and Si combination. The TFT based on $HfSiO_x$ gate insulator with $HfO_2$(100W)-Si(100W) showed the best results with a field effect mobility of 2.0[$cm^2/V{\cdot}s$], a threshold voltage of -0.5[V], an on/off ratio of 5.89E+05 and RMS of 0.26[nm]. This show that the composition of the $HfO_2$ and Si is an important factor in an $HfSiO_x$ insulator. In addition, the effective bonding of $HfO_2$ and Si reduced the defects in the insulator bulk and also improved the interface quality between the channel and the gate insulator.

Comparative Investigation of Interfacial Characteristics between HfO₂/Al₂O₃ and Al₂O₃/HfO₂ Dielectrics on AlN/p-Ge Structure

Kim, Hogyoung,Yun, Hee Ju,Choi, Seok,Choi, Byung Joon Materials Research Society of Korea 2019 한국재료학회지 Vol.29 No.8

The electrical and interfacial properties of $HfO_2/Al_2O_3$ and $Al_2O_3/HfO_2$ dielectrics on AlN/p-Ge interface prepared by thermal atomic layer deposition are investigated by capacitance-voltage(C-V) and current-voltage(I-V) measurements. In the C-V measurements, humps related to mid-gap states are observed when the ac frequency is below 100 kHz, revealing lower mid-gap states for the $HfO_2/Al_2O_3$ sample. Higher frequency dispersion in the inversion region is observed for the $Al_2O_3/HfO_2$ sample, indicating the presence of slow interface states A higher interface trap density calculated from the high-low frequency method is observed for the $Al_2O_3/HfO_2$ sample. The parallel conductance method, applied to the accumulation region, shows border traps at 0.3~0.32 eV for the $Al_2O_3/HfO_2$ sample, which are not observed for the $Al_2O_3/HfO_2$ sample. I-V measurements show a reduction of leakage current of about three orders of magnitude for the $HfO_2/Al_2O_3$ sample. Using the Fowler-Nordheim emission, the barrier height is calculated and found to be about 1.08 eV for the $HfO_2/Al_2O_3$ sample. Based on these results, it is suggested that $HfO_2/Al_2O_3$ is a better dielectric stack than $Al_2O_3/HfO_2$ on AlN/p-Ge interface.

Study of Properties of HfO₂ thin film for Low Power Mobile Information Device

김원배,이호영,Kim, Won Bae,Lee, Ho Young Korea Society of Satellite Technology 2015 한국위성정보통신학회논문지 Vol.10 No.3

본 연구에서는 이온빔 처리된 $HfO_2$ 박막을 이용한 액정디스플레이의 프리틸트각을 제어함으로써, 작은 구동전압에서도 안정적으로 구동할 수 있는 디스플레이 소자에 응용할 수 있는 특성을 연구하였다. $HfO_2$ 박막의 원자 수준의 증착을 통해서 높은 유전율의 박막을 제조할 수 있었으며, 이는 저전력 구동을 위해서 필수적인 요소라고 생각한다. 또한 이러한 $HfO_2$ 박막의 액정배향성을 확인하여 균일한 액정배향을 통해서 디스플레이 소자로의 응용가능성을 확인하였다. 특히 $HfO_2$ 박막에서의 액정배향성에 대해서 액정배향의 대표적인 특성인 프리틸트각의 제어를 실험을 통해서 확인하였다. 실험결과 이온빔처리를 한 $HfO_2$ 박막에서의 액정배향의 특성을 접촉각특성을 대표화하여 정량화 할 수 있었다. 본 연구의 결과 액정의 배향성 확보 및 프리틸트각을 제어할 수 있는 고유전율 $HfO_2$ 박막의 제조가 가능한 것을 확인할 수 있었으며, 고유전율 특성에서 기인하는 저전력 구동의 가능성을 확인할 수 있었다. Ion-beam irradiation(IB) on $HfO_2$ surface induced high-performance liquidcrystal(LC) driving at a 1-V threshold with vertical alignment of liquid crystals(LC). The high-k materials Atomic layer deposition was used to obtain LC orientation on ultrathin and high-quality films of $HfO_2$ layers. To analyze surface morphological transition of $HfO_2$ which can act as physical alignment effect of LC, atomic force microscopy images are employed with various IB intensities. The contact angle was measured to elucidate the mechanism of vertical alignment of LC on $HfO_2$ with IB irradiation. Contact angle measurement show the surface energy changes via IB intensity increasing.