• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.215-215
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• 2010

실리콘 산화막 ($SiO_2$)의 성장 과정에서 발생하는 $SiO_2$ 층에 포획된 전자-정공, Si-$SiO_2$ 계면 영역의 산화물 고정 전하와 Si-$SiO_2$ 계면의 표면 준위에 포획된 전하와 같은 $SiO_2$ 의 결점에 의해 전계효과 트랜지스터 소자의 전기적 특성을 저하하여 신뢰성을 높이는데 한계점이 발생한다. $SiO_2$ 의 결점에 의한 전계효과 트랜지스터 소자의 전기적 특성 변화에 대한 연구는 활발히 진행되었으나, 전계효과 트랜지스터 소자에서 셀 사이즈가 감소함에 따라 전기적 특성에 대한 연구는 많이 진행되지 않았다. 본 연구에서는 산화나 산화 후 열처리 과정 동안에 생기는 Si-$SiO_2$ 계면에서의 산화물 고정 전하의 위치에 따른 전계효과 트랜지스터 소자의 전기적 특성 변화를 TCAD 시뮬레이션 툴인 Sentaurus를 사용하여 관찰하였다. Si-$SiO_2$ 계면 근처의 실리콘 산화물내에 위치시킨 양전하를 산화물 고정 전하로 가정하여 시뮬레이션 하였다. 또한 40 nm의 전계효과 트랜지스터 소자에서 산화물 고정 전하의 위치를 실리콘 산화 막의 가장자리부터 중심으로 10 nm씩 각각 차이를 두고 비교해 본 결과, $SiO_2$의 가장 자리보다 $SiO_2$의 한 가운데에 산화물 고정 전하가 고정되었을 때 전류-전압 특성 곡선에서 문턱전압의 변화가 더 뚜렷함을 알 수 있었다. 산화물 고정 전하를 Si-$SiO_2$ 계면으로부터 1~5 nm 에 각각 위치시켜 계산한 결과 산화물 고정 전하에 의해 문턱 전압이 전류-전압 특성 곡선에서 낮은 전압쪽으로 이동하였고, 산화물 고정 전하가 Si-$SiO_2$ 계면에 가까울수록 문턱 전압의 변화가 커졌다. 이는 전계효과 트랜지스터 소자에서 Si-$SiO_2$ 계면의 산화물 고정 전하에 의해 실리콘의 전위가 영향을 받기 때문이며, 양의 계면전하는 반도체의 표면에서의 에너지 밴드를 아래로 휘게 만들어 문턱전압을 감소하였다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2012년도 춘계학술발표대회
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• pp.60.2-60.2
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• 2012

기술의 발전이 비약적으로 성장하면서, 소비자의 요구는 빠르게 변하고 있다. 전자 소자를 응용한 제품 시장은 매해를 거듭할 수록 빠른 속도로 성능을 향상시키고 있다. 이에 따라 디스플레이 시장에서 가장 큰 관심은 작은 화면에서도 높은 해상도를 요구하고, 수광형의 구동방식이 아닌 능동형 구동방식을 갖는 AMOLED (Active Matrix Organic Light Emitted Diode)를 선호하고 있으며, 빠른 응답속도 기반을 갖는 표시소자를 요구하고 있다. 제품 생산자들의 고민은 기존의 비정질 실리콘 기반의 LCD (Liquid crystal display) 구동소자와 공정을 이용하여 소비자의 욕구에 접근하기가 점점 어려워지고 있다. 최근 이러한 문제점을 해결하고자 하는 노력들중에서 산화물 반도체 재료와 이를 이용한 박막 트랜지스터 개발이 큰 관심을 갖고 있다. 최근 InGaZnO 산화물 반도체 재료는 기존의 비정질 실리콘 반도체 재료 보다 높은 전계 이동도(> $10cm^2/V.s$)를 보이고 있으며, 비정질 실리콘 박막 트랜지스터의 구조에서 산화물 반도체 재료의 대체만으로 효과가 보일 수 있어서 큰 연구가 진행되어져 왔다. 하지만, InGaZnO 산화물 박막 트랜지스터에 대한 소자를 AMOLED에 적용할 때, 기존의 LTPS (low temperature poly-slicon)에서는 발견되지 않았던 소자의 전계신뢰성과 이동도 한계가 문제로 제기되었다. 또한, Indium이라는 희소원소의 사용은 향후 공정 단가와 희소 물질에 대한 위협등에 의하여 새로운 산화물 반도체 재료에 대한 요구와 관심이 발생하고 있다. 본 발표에서는 기존의 산화물 반도체 재료에 대한 차세대 디스플레이인 AMOLED와 유연 디스플레이에 대한 응용 가능성을 발표할 예정이다. 또한 산화물 반도체 재료의 신뢰성 문제에 대한 해결방법으로 신규 산화물 반도체 재료에 대한 연구 방향과 indium-free 계열을 이용한 저원가 산화물 반도체 연구에 대하여 소개할 예정이다. 앞으로 산화물 반도체 재료에 대한 연구와 응용은 기존의 실리콘 반도체 틀을 벗어난 새로운 응용분야를 열어줄 수 있을 것으로 기대하고 있으며, 그 기대에 대한 몇가지 예를 통하여 재료와 소자의 응용 가능성을 논의할 예정이다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.194-194
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• 2013

본 연구에서는 a-IGZO 활성층에 다른 dose량의 수소 이온을 조사하여 박막 트랜지스터 소자의 효과를 알아보고, 수소 이온 조사 후, 이온 조사에 따른 불안정한 소자 특성을 안정화시킬 목적으로 후 열처리에 따른 소자 특성을 알아보았다. a-IGZO 활성층에 수소이온을 110keV의 에너지로 가속하여, 수소 이온 조사량을 $1{\times}10^{14}\;ion/cm^2$, $1{\times}10^{15}\;ion/cm^2$, $1{\times}10^{16}\;ion/cm^2$로 조절하였고, 후 열처리 공정은 a-IGZO 활성층에 $1{\times}10^{16}\;ion/cm^2$ 이온조사 후, 대기 분위기로 $150^{\circ}C$, $250^{\circ}C$, $350^{\circ}C$ 각각 1시간 동안 열처리를 진행하였다. Spectroscopy Ellipsometry (SE)로 측정된 3eV이상의 광학적 밴드 갭은 기존에 보고 되었던 비정질 산화물 반도체와도 유사한 밴드 갭을 가지고 있음을 확인하였다. IGZO 박막을 활성층으로 사용하여 수소 이온 조사 공정 후 제작한 박막 트랜지스터는 3.89 $cm^2/Vs$의 전계효과이동도와 0.59V/decade의 문턱전압 이하 기울기를 보았다. 수소 이온 조사 공정을 통한 IGZO 박막 트랜지스터의 output curve가 다소 불안정함을 보였으나, $1{\times}10^{16}\;ion/cm^2$ 이온조사 후, 대기 분위기로 $150^{\circ}C$, $250^{\circ}C$, $350^{\circ}C$ 각각 1시간동안 열처리를 진행한 박막 트랜지스터의 특성은 소자의 불안정성을 보완해줄뿐만 아니라 $350^{\circ}C$ 열처리에서는 16.9 $cm^2/Vs$의 전계효과이동도와 0.33V/decade의 문턱전압 이하 기울기와 같이 더 향상된 박막 트랜지스터의 전기적 특성 결과를 관측하였다. 기존의 연구 되어진 a-IGZO 활성층에 수소이온조사와 후 열처리 공정에 따라 광학적 밴드 갭 에너지 준위의 변화와 박막 및 박막 트랜지스터 특성을 변화시킨다는 결과를 도출하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.333.2-333.2
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• 2014

RF 스퍼터링 방법을 이용하여 제작된 IGZO 박막 트랜지스터 및 단막을 제조하여 UV처리 유무에 따른 전기적 특성을 평가하였다. IGZO 박막 트랜지스터는 Bottom gate 구조로 제조되었으며 UV처리 이후 전계효과 이동도, 문턱전압 이하 기울기 값등 모든 전기적 특성이 개선된 것을 확인 하였다. 이후 UV처리에 따른 소자의 전기적 특성 개선에 대한 원인을 분석하기위해 물리적, 전기적, 광학적 분석을 실시하였다. XRD분석을 통해 UV처리 유무에 따른 IGZO박막의 물리적 구조 변화를 관찰했지만 IGZO박막은 UV처리 유무에 상관없이 물리적 구조를 갖지 않는 비정질 상태를 보였다. IGZO 박막 트랜지스터의 문턱전압 이하의 기울기 값과을 통하여 반도체 내부에 존재하는 결함의 양을 계산한 결과 UV를 조사하였을 때 결함의 양이 감소하는 결과를 얻었으며 이 결과는 SE를 통해 밴드갭 이하 결함부분을 측정하였을 때와 같은 결과였다. 또한 UV처리 전에는 shallow level defect, deep level defect등의 넓은 준위에서 결함이 발견된 반면 UV처리 이후에는 deep level defect준위는 없어지고 shallow level defect준위 역시 급격하게 감소한 것을 볼 수 있었다. 결과적으로 IGZO 박막의 경우 UV처리를 함에 따라 결함의 양이 감소하여 IGZO박막 트랜지스터의 전계 효과 이동도를 증가 시킬 뿐 아니라 문턱전압 이하 기울기 값을 감소시키는 원인으로 작용하게 된다는 결과를 도출하였다.

• 한국철도학회논문집
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• 제15권2호
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• pp.116-121
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• 2012

DC/DC스위칭 전력 컨버터는 임의의 직류전원을 부하가 요구하는 형태의 직류전원으로 변환시킨다. DC/DC 컨버터는 PWM-IC를 이용하여 주기적으로 입력측에서 출력측으로 전달되는 에너지를 제어하는 기능을 수행하는데, PWM-IC(펄스폭 변조-집적회로), MOSFET(산화물-반도체 전계 효과 트랜지스터), 인덕터, 콘덴서, 저항 등으로 구성되어 있다. 방사선의 영향으로 DC/DC 컨버터의 PWM-IC 를 구성하는 비교기(comparator)와 연산증폭기(OP-Amp.) 등 전자소자의 열화 효과(radiation effects)가 발생되는데, PWM-IC 동작에서 SPICE 시뮬레이션과 실험을 통해 펄스의 상실, 펄스폭의 변화, 그리고 출력파형의 변화를 연구하는데 있다.

• 한국철도학회논문집
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• 제14권5호
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• pp.411-415
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• 2011

DC/DC컨버터는 임의의 직류전원을 부하가 요구하는 형태의 직류전원으로 변환시키는 전력변환기이다. 전압모드 DC/DC 컨버터는 주기적으로 입력측에서 출력측으로 전달되는 에너지를 제어하는 기능을 수행하기 위해 MOSFET(산화물-반도체 전계 효과 트랜지스터), 인덕터, PWM 제어기(오실레이터, 연산증폭기, 비교기로 구성)를 이용한다. 본 논문에서 PWM(펄스폭 변조) 모듈과 스위칭모드로 제어하는 기본적인 승압과 강압컨버터를 연구하고, 전기적 특성을 SPICE로 시뮬레이션을 수행하며, 전력의 효율을 각 소자의 변화와 사양에 따라 분석하는데 있다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제10권7호
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• pp.1489-1496
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• 2009

비정질 인듐-갈륨-아연 산화물 박막트랜지스터를 모델링 하여서, 능동층의 구조, 두께, 평형상태의 전자밀도에 대응하는 박막트랜지스터의 특성을 연구하였다. 단일 능동층 박막트랜지스터의 경우, 능동층이 얇을 때 높은 전계효과이동도를 보였다. 문턱전압의 절대값은 능동층의 두께가 20 nm일 때 최저치를 보였으며, 문턱전압이하 기울기는 두께에 대한 의존성을 보이지 않았다. 복층구조 능동층의 경우, 하부의 능동층이 높은 평형상태 전자밀도를 가질 때보다 우수한 스위칭 특성을 보였다. 이 경우에도 능동층의 두께가 얇을 때에 높은 전계효과 이동도를 보였다. 높은 평형상태 전자밀도의 능동층의 두께를 증가시키면 문턱전압은 음의 방향으로 이동하였다. 문턱전압이하 기울기는 능동층의 구조에 대하여 특별한 의존성을 보이지 않았다. 이상과 같은 데이터는 산화물반도체 박막트랜지스터 능동층의 구조, 두께, 도핑비율을 최적화함에 효과적으로 사용될 것으로 기대된다.

• 한국통신학회논문지
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• 제3권1호
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• pp.18-25
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• 1978

반도체 소자에서 생기는 1/f 형의 잡음의 근원이 무엇인가에 대해 지금까지 여러 이론이 나왔다. 그중에도 Mcwhorter's Surface model이 대표적인 이론이었다. 그러나 Hooge는 이론에 반기를 들고 나왔다. Hooge의 이론에 의하면 thermo cell이나 Concentration cell에서의 1/f-형의 잡음이 표면효과(surface effect)가 아니라는 것이다. 본 논문에서는 이 두 대표적인 이론을 종합검토할 수 있는 Langenvin type의 Boltzmann transport equation에 입각하여 새로운 일반이론을 세웠다. 본 논문에서는 N형 채널을 갖고 있는 금속산화물반도체 전계효과 트랜지스터에서 단일준의 Shockley-Read-Hall recombination center에 의한 단락회로에서 드레인의 1/f-형 잡음스펙트럼을 계산하기 위해 시간에 따라 변화하는 양을 포함시키므로써 각 에너지대의 케리어에 대해 준-페르미준위를 정의할 수 없다고 가정했으므로, 1/f-형의 잡음은 다수케리어 효과에 기인한다고 가정했다. 이러한 가정하에서 유도된 1/f-형의 잡음은 금속산화물반도체 전계효과 트랜지스터에서 1/f-형의 잡음에 중요한 요인들을 모두 보여주었다. : 적주파에서 플렛티유를 나타내지 않았고 채널의 면적 A와 드레인 바이어스 전압 V에 비례하고 체널의 길이 L에 반비례한다. 본 논문의 모델에서는 1/f-응답에서 1/f2에 대한 잡음스트럼의 전이주파수와 P-n 합다이오우드의 surfact center에 관계되는 완화시간(relaxation time)에 대응하는 주파수 사이를 구별하여 설명할 수 있었다. 본 논문의 결과에서 1/f-형 잡음스펙트럼은 격자산란이 주원인이 된다. 금속산화물반도체 전계효과 트랜지스터를 살펴보면 격자산란이 주로 표면에서 일어나기 때문에 1/f-형 잡음이 표면효과라고 말할 수 있다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.243.1-243.1
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• 2013

본 연구에서는 산소 분압과 열처리 온도에 따른 ITZO 박막 트랜지스터의 전기적 특성 향상을 목적으로 실험을 진행하였다. 1) ITZO 박막 증착 시 산소 분압 가변($O_2/(Ar+O_2)$ 30~40%), 열처리 온도 고정($350^{\circ}C$)과 2) ITZO 박막 증착 시 산소 분압 고정(30%), 열처리 온도($200{\sim}400^{\circ}C$)를 가변하여 실험을 진행하였다. 두 실험 모두 특성향상을 위해 산소 분위기에서 열처리를 진행하였다. 산소의 분압이 증가할수록 산소 빈자리를 채우면서 전자 농도가 감소하여 채널 전도 효과가 줄어들면서 Hump 현상이 발생하였고, 스윙이 증가, 문턱 전압이 음의 방향으로 이동하였다. 이에 $O_2/(Ar+O_2)$)의 30%에서 30%일때, 문턱전압은 1.98 V, 전계 효과 이동도는 28.97 $cm2/V{\cdot}s$, sub-threshold swing은 280 mv/dec, on-off 비율은 ~107로 가장 우수한 전기적 특성을 보였다. 또한 열처리 온도 가변 시 $400^{\circ}C$에서 전계 효과 이동도는 28.97 $cm^2/V{\cdot}s$로 $200^{\circ}C$의 전계 효과 이동도는 11.59 $cm^2/V{\cdot}s$에 비해 약 3배 증가하였고, 소자의 스위칭 척도인 sub-threshold swing은 약 180 mv/dec 감소하였다. 문턱 전압은 0.97V, on-off ratio는 약 107을 보였다. 동일한 산소 분압의 분위기에서 $400^{\circ}C$ 열처리 시 가장 우수한 전기적 특성을 보였고, 저온 공정으로 인한 플렉서블 디스플레이 투명 디스플레이 적용 가능성을 확인하였다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2011년도 춘계학술발표대회
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• pp.242.1-242.1
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• 2011

산화물 반도체는 높은 이동도와 낮은 공정 온도, 넓은 밴드갭으로 인한 투명성등 많은 장정을 가지고 있어 최근 많이 연구되고 있다. 그 중에서도 InGaZnO (IGZO)는 In, Ga 함유량으로 박막의 전기적 특성을 쉽게 조절할 수 있고 상온에서 비정질 상태로 증착되어 균일성에 장점이 있다. IGZO 박막을 TFT에 적용 시 MOSFET과는 다르게 축적 상태에서 채널이 형성되기 때문에 산화물 반도체 내에 캐리어 농도는 TFT 특성에 많은 영향을 미친다. 또한, 실리콘 기반의 트랜지스터는 이온 주입 및 확산 공정을 통해서 선택적으로 $10^{20}/cm^3$ 이상의 고농도 도핑을 실시하여 좋은 트랜지스터 특성을 확보할 수 있으나 IGZO 박막에는 이러한 접근이 불가능하다. 따라서 IGZO 박막의 캐리어 농도를 조절할 수 있으면 소스/드레인과 반도체의 접촉 저항 감소 및 전계 효과 이동도등 많은 특성을 개선할 수 있다. 본 연구에서는 UV light를 이용하여 IGZO 박막의 캐리어 농도를 조절하였다. IGZO 박막은 UV light 조사로 인해 Mo와 IGZO박막의 접촉저항이 $3{\times}10^3\;{\Omega}^*cm$에서 $1{\times}10^2\;{\Omega}^*cm$로 감소하였다. 이는 UV 조사로 표면에 금속-OH 결합이 생성되어 IGZO 박막의 캐리어 농도가 ${\sim}5{\times}10^{15}/cm^3$에서 ${\sim}3{\times}10^{17}/cm^3$까지 증가하기 때문이다. 또한 표면에 생성된 OH기는 강한 친수성 성질을 보여주고 표면의 높은 에너지 상태는 Self-Assembly Monolayer (SAM) 공정 적용이 가능 하다. 본 실험에서는 SAM 공정을 적용하여 IGZO-based TFT 제작에 성공하였고, 이 TFT는 UV 조사 시간에 따라 전계 효과 이동도가 0.03 $cm^2/Vs$에서 2.1 $cm^2/Vs$으로 100배 정도 증가하였다.