• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.263-263
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• 2016

최근 반도체 시장에서는 저비용으로 고성능 박막 트랜지스터(TFT)를 제작하기 위한 다양한 기술들이 연구되고 있다. 먼저, 재료적인 측면에서는 비정질 상태에서도 높은 이동도와 가시광선 영역에서 투명한 특성을 가지는 산화물 반도체가 기존의 비정질 실리콘이나 저온 폴리실리콘을 대체하여 차세대 디스플레이의 구동소자용 재료로 많은 주목받고 있다. 또한, 공정적인 측면에서는 기존의 진공장비를 이용하는 PVD나 CVD가 아닌 대기압 상태에서 이루어지는 용액 공정이 저비용 및 대면적화에 유리하고 프리커서의 제조와 박막의 증착이 간단하다는 장점을 가지기 때문에 활발한 연구가 이루어지고 있다. 특히 산화물 반도체 중에서도 indium-gallium-zinc oxide (IGZO)는 비교적 뛰어난 이동도와 안정성을 나타내기 때문에 많은 연구가 진행되고 있지만, 산화물 반도체 기반의 박막 트랜지스터가 가지는 문제점 중의 하나인 문턱전압의 불안정성으로 인하여 상용화에 어려움을 겪고 있다. 따라서, 본 연구에서는 기존의 산화물 반도체의 불안정한 문턱전압의 문제점을 해결하기 위해 마이크로웨이브 열처리를 적용하였다. 또한, 기존의 IGZO에서 suppressor 역할을 하는 값비싼 갈륨(Ga) 대신, 저렴한 지르코늄(Zr)과 하프늄(Hf)을 각각 적용시켜 용액 공정 기반의 Zr-In-Zn-O (ZIZO) 및 Hf-In-Zn-O (HIZO) TFT를 제작하여 시간에 따른 문턱 전압의 변화를 비교 및 분석하였다. TFT 소자는 p-Si 위에 습식산화를 통하여 100 nm 두께의 $SiO_2$가 열적으로 성장된 기판 위에 제작되었다. 표준 RCA 세정을 진행하여 표면의 오염 및 자연 산화막을 제거한 후, Ga, Zr, Hf 각각 suppressor로 사용한 IGZO, ZIZO, HIZO 프리커서를 이용하여 박막을 형성시켰다. 그 후 소스/드레인 전극 형성을 위해 e-beam evaporator를 이용하여 Ti/Al을 5/120 nm의 두께로 증착하였다. 마지막으로, 후속 열처리로써 마이크로웨이브와 퍼니스 열처리를 진행하였다. 그 결과, 기존의 퍼니스 열처리와 비교하여 마이크로웨이브 열처리된 IGZO, ZIZO 및 HIZO 박막 트랜지스터는 모두 뛰어난 안정성을 나타냄을 확인하였다. 결론적으로, 본 연구에서 제안된 마이크로웨이브 열처리된 용액공정 기반의 ZIZO와 HIZO 박막 트랜지스터는 추후 디스플레이 산업에서 IGZO 박막 트랜지스터를 대체할 수 있는 저비용 고성능 트랜지스터로 적용될 것으로 기대된다.

• 전기전자학회논문지
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• 제21권2호
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• pp.170-173
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• 2017

본 연구에서는 Al, Mo 및 Pt 금속 물질을 a-IGZO 박막트랜지스터의 게이트 전극으로 플라스틱 기판 위에 형성하여 제작하고, 게이트 물질에 따른 전기적 특성을 측정하였다. Al 게이트 전극에 비해 Pt 게이트 전극을 사용한 박막트랜지스터의 문턱전압은 -4.1V에서 -0.3 V까지 감소하였고, 전하이동도는 $15.8cm^2/V{\cdot}s$에서 $22.1cm^2/V{\cdot}s$ 로 향상되었다. 게이트 전극에 따른 박막트랜지스터의 문턱전압 이동은 전극의 일함수와 채널층의 페르미 에너지 차이로 인한 영향이라는 것을 확인 할 수 있었다. 또한, 채널 물질의 페르미 에너지를 고려하였을 경우에 Pt 게이트 전극이 박막트랜지스터의 전기적 특성 면에서 적합한 물질로 확인되었다. 추가적으로 Mo 게이트 전극을 사용한 박막트랜지스터에 대한 특성도 본 논문에서 다룬다.

• 전기전자학회논문지
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• 제1권1호
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• pp.11-18
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• 1997

회로 시뮬레이터를 이용하는 DC 셀 노드전압 분석방법을 적용하여, 고저항 SRAM 셀 구조에서 기생저항들과 트랜지스터 비대칭에 의해 야기되는 정적 읽기동작에서의 동작마진을 조사하였다. 이상적인 셀에 기생저항을 선택적으로 추가함으로써 각 기생저항들이 동작 마진에 끼치는 영향을 조사한 뒤, 기생저항이 좌우대칭 쌍으로 존재하는 경우에 대해 조사하고, 또한 셀 트랜지스터의 채널폭을 선택적으로 변화시켜 트랜지스터의 비대칭을 야기시킴으로써 트랜지스터 비대칭에 의한 동작 마진의 저하를 분석하였다. 분석 방법은 시뮬레이션된 셀 노드전압 특성에서 두 셀 노드전압이 하나의 값으로 수렴되는 전원전압의 값과 $V_{DD}=5V$에서 셀 노드전압의 차를 비교함으로써 상대적인 동작 마진을 비교하는 방법을 사용하였다. 회로 시뮬레이션에 의존한 본 분석으로부터 셀의 정적 읽기동작에 가장 심각한 영향을 끼치는 기생저항 성분과 트랜지스터의 비대칭 형태를 규명함으로써 새로운 셀 구조 설계시 참고할 수 있는 기준을 제시하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.334.2-334.2
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• 2014

본 연구에서는 a-InGaZnO (IGZO) 활성층에 대기분위기에서 열처리 온도를 각각 $150^{\circ}C$, $250^{\circ}C$, $350^{\circ}C$ 실시하여 전자구조와 광학적 특성분석 및 화학적 결합 상태의 변화를 알아보고, 이러한 물성 변화에 따른 소자의 특성을 알아 보았다. 박막 트랜지스터 소자의 전기적 특성은, IGZO 박막에 후 열처리 공정온도 후 제작한 박막 트랜지스터는 $150^{\circ}C$에서 3.1 cm2/Vs의 전계 효과 이동도와 0.38 V/decade의 문턱전압 이하 기울기를 보였으나, $350^{\circ}C$에서는 8.8 cm2/Vs의 전계 효과 이동도와 0.20 V/decade의 문턱전압 이하 기울기로 더 향상된 박막 트랜지스터의 전기적 특성 결과를 관측하였다. 전기적 소자 특성의 변화와 활성층 IGZO 박막 특성 변화와의 상관관계를 조사하기 위하여 X-ray Absorption Spectroscopy (XAS)과 Spectroscopy Ellipsometry (SE)로 측정된 흡수 스펙트럼을 통하여 3 eV 이상의 광학적 밴드 갭은 기존에 보고 되었던 a-IGZO와 유사한 특성을 보이고 있음을 확인하였고, 이러한 측정, 분석법들을 통해 후 열처리 공정 온도에 따른 밴드 갭 부근의 결함준위의 양 변화와 가전자대의 전자구조의 변화에 따라 전기적 특성이 달라짐을 확인 할 수 있었다. 또한, X-ray Photoemission Spectroscopy (XPS)를 통해 측정한 O-1s를 통해 Oxygen deficient state와 밴드 갭 부근의 결함준위와의 상관관계를 도출해낼 수 있었다. 이는 a-IGZO 활성층에 후 열처리 공정 온도 변화에 따라서 전자구조의 혼성변화와 밴드 갭 부근의 결함준위의 양의 변화, 에너지 준위의 변화 및 이와 연관된 화학적 상태 변화가 박막 트랜지스터의 특성 변화를 예상할 수 있다는 결과를 도출하였다.

• 융합신호처리학회논문지
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• 제9권2호
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• pp.129-134
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• 2008

본 논문에서는 적자생존 원리에 기반한 유전자 알고리즘을 이용하여 일차원 비선형 광자 결정 구조에 대해 분석하고, 광 트랜지스터로의 적용 가능성을 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 증명한다. 이와 같은 형태의 최적 설계는 해석식이 필요한 steepest decent 최적 알고리즘과 달리 유전자 알고리즘은 탁월한 성능을 낼 수 있으며, 광 트랜지스터 뿐만 아니라 다른 광자 결정 광소자의 설계에 유용하게 적용될 수 있다. 또한, global minimum 최적해 부근에서 여러 가지의 해가 얻어지기 때문에 광 트랜지스터가 어떤 모양을 가져야 되는지 분석하는데 많은 도움을 주는 장점을 갖는다. 완전 광 필터 트랜지스터를 설계하기 위해 신경회로망 모델을 이용하여 초기 설계를 수행한 후, 유전자 알고리즘에 의해 최종적인 최적화 설계가 수행된다. 시뮬레이션으로부터 얻어진 일차원 광자 결정 트랜지스터의 스위칭 On/Off 비는 약 27dB 였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.110-110
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• 2010

현재 박막 트랜지스터는 비정질 실리콘 기반의 개발이 주를 이루고 있으며, 이 비정질 실리콘은 성막공정이 간단하고 대면적에 용이하지만 전기적인 특성이 우수하지 않기 때문에 디스플레이의 적용에 어려움을 겪고 있다. 이에 따라 poly-Si을 이용한 박막 트랜지스터의 연구가 진행되고 있는데, 이는 공정온도가 높고, 대면적에의 응용이 어렵다. 따라서 앞으로 저온 공정이 가능하며 대면적 응용이 용이한 박막 트랜지스터의 연구가 필수적이다. 한편 최근 박막 트랜지스터의 채널층으로 사용되는 물질에는 oxide 기반의 ZnO, SnO2, In2O3 등이 주로 사용되고 있고, 보다 적합한 채널층을 찾기 위한 연구가 많이 진행되어 왔다. 최근 Hosono 연구팀에서 IGZO를 채널층으로 사용하여 high mobility, 우수한 on/off ratio의 특성을 가진 소자 제작에 성공함으로써 이를 시작으로 IGZO의 연구 또한 세계적으로 활발한 연구가 이루어지고 있다. 특히, ZnO는 wide band gap (3.37eV)을 가지고 있어 적외선 및 가시광선의 투과율이 좋고, 전기 전도성과 플라즈마에 대한 내구성이 우수하며, 낮은 온도에서도 성막이 가능하다는 특징을 가지고 있다. 그러나 intrinsic ZnO 박막은 bias stress 같은 외부 환경이 변했을 경우 전기적인 성질의 변화를 가져올 뿐만 아니라 고온에서의 공정이 불안정하다는 요인을 가지고 있다. ZnO의 전기적인 특성을 개선하기 위해 본 연구에서는 hafnium을 doping한 ZnO을 channel layer로 소자를 제작하고 전기적 특성을 평가하였다. 이를 위해 DC magnetron sputtering을 이용하여 ZnO 기반의 박막 트랜지스터를 제작하였다. Staggered bottom gate 구조로 ITO 물질을 전극으로 사용하였으며, 제작된 소자는 semiconductor analyzer를 이용하여 출력특성과 전이 특성을 평가하였으며, ZnO channel layer 증착시 hafnium이 도핑 되는 양을 조절하여 소자를 제작한 후 intrinsic ZnO의 소자 특성과 비교 분석하였다. 그 결과 hafnium을 doping 시킨 소자의 field effect mobility가 $6.42cm^2/Vs$에서 $3.59cm^2/Vs$로 낮아졌지만, subthreshold swing 측면에서는 1.464V/decade에서 0.581V/decade로 intrinsic ZnO 보다 좋은 특성을 나타냄을 알 수 있었다. 그리고 intrinsic ZnO의 경우 외부환경에 대한 안정성 문제가 대두되고 있는데, hafnium을 도핑한 ZnO의 경우 temperature, bias temperature stability, 경시변화 등의 다양한 조건에서의 안정성이 확보된다면 intrinsic ZnO 박막트랜지스터의 문제점을 해결할 수 있는 물질로 될 것이라고 기대된다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제22권1호
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• pp.117-124
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• 2018

박막 두께가 다른 무접합 비정질 InGaZnO 막막 트랜지스터를 제작하고 박막 두께, 동작 온도 및 빛의 세기에 따른 소자의 성능 변수를 추출하고 게이트 산화층 항복전압을 분석하였다. 박막의 두께가 클수록 소자의 성능이 우수하나 드레인 전류의 증가로 게이트 산화층 항복전압은 감소하였다. 고온에서도 소자의 성능은 개선되었으나 게이트 산화층 항복 전압은 감소하였다. 빛의 세기가 증가할수록 광자에 의해 생성된 전자로 드레인 전류는 증가 하였으나 역시 게이트 산화층 항복전압은 감소하였다. 박의 두께가 클수록, 고온일수록, 빛의 세기가 강할수록 채널의 전자수가 증가하여 산화층으로 많이 주입되었기 때문이다. 무접합 a-IGZO 트랜지스터를 BEOL 트랜지스터로 사용하기 위해서는 박막 두께 및 동작 온도를 고려해서 산화층 두께를 설정해야 됨을 알 수 있었다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제8권4호
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• pp.821-825
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• 2004

본 연구는 에치스토퍼를 기존의 방식과 다르게 적용하여 수소화 된 비정질 실리콘 박막 트랜지스터의 제조공정을 단순화하고, 박막 트랜지스터의 게이트와 소오스-드레인간의 기생용량을 줄인다. 본 연구의 수소화 된 비정질 실리콘 박막 트랜지스터는 Inverted Staggered 형태로 게이트 전극이 하부에 있다. 실험 방법은 게이트전극, 절연층 , 전도층, 에치스토퍼 및 포토레지스터층을 연속 증착한다. 스토퍼층을 게이트 전극의 패턴으로 남기고, 그 위에 n+a-Si：H 층 및 NPR(Negative Photo Resister)을 형성시킨다. 상부 게이트 전극과 반대의 패턴으로 NPR층을 패터닝하여 그것을 마스크로 상부 n+a-Si：H 층을 식각하고, 남아있는 NPR층을 제거한다. 그 위에 Cr층을 증착한 후 패터닝하여 소오스-드레인 전극을 위한 Cr층을 형성시켜 박막 트랜지스터를 제조한다. 이렇게 제조하면 기존의 박막 트랜지스터에 비하여 특성은 같고, 제조공정은 줄어들며, 또한 게이트와 소오스-드레인간의 기생용량이 줄어들어 동작속도를 개선시킬 수 있다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2007년도 하계학술대회 논문집 Vol.8
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• pp.19-19
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• 2007

Excimer laser annealing (ELA) 방법을 이용하여 결정화하고 게이트 절연체로써 high-k 물질을 가지는 다결정 실리콘박막 트랜지스터의 전기적 특성을 평가하였다. 다결정 실리콘 박막 트랜지스터는 비결정질 실리콘 박막 트랜지스터 보다 높은 전계 효과 이동도와 운전 용이한 장점을 가진다. 기존의 결정화 방법으로는 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 높은 열 공급을 피할 수 없기 때문에, 매몰 산화막 위의 비결정질 박막은 저온에서 다결정 실리콘 결정화를 위해 KrF excimer laser (248nm)를 이용하여 가열 냉각 공정을 했다. 게다가 케이트 절연체로써 atomic layer deposition (ALD) 방법에 의해 저온에서 20 nm의 고 유전율을 가지는 $HfO_2$ 박막을 증착하였다. 알루미늄은 n-MOS 박막 트랜지스터의 게이트 전극으로 사용되었다. 금속 케이트 전극을 사용하여 게이트 공핍 효과와 관계되는 케이트 절연막 두께의 증가를 예방할 수 있고, 게이트 저항의 감소에 의해 소자 속도를 증가 시킬 수 있다. 추가적으로, 비결정질 실리콘 박막의 결정화 기술로써 사용된 ELA 방법은 SPC (solid phase crystallization) 방법과 SLS (sequential lateral solidification) 방법에 의해 비교되었다. 결과적으로, ELA 방법에 의해 결정화된 다결정 실리콘 박막의 결정도와 표면 거칠기는 SPC와 SLS 방법에 비해 개선되었다. 또한, 우리는 ELA 결정화 방법에 의한 다결정 실리콘 박막 트랜지스터로부터 우수한 소자 특성을 얻었다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2007년도 제38회 하계학술대회
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• pp.1345-1346
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• 2007

다양한 게이트 절연막의 펜타신 박막 트랜지스터의 전기적 특성을 atomic force microscope (AFM), X-선 회절을 사용하여 분석하였다. 펜타신 박막 트랜지스터는 thermal evaporator 방법을 사용하여 여러 폴리며 기판위에 제작하였다. Hexamethylsilasane (HMDS), polyvinyl acetate (PVA), polymethyl methacrylate (PMMA)등의 폴리머 기판을 사용하여 다양한 온도에서 증착시켰다. 이 때 PMMA위에 증착시킨 펜타신의 경우가 가장 큰 그레인 크기를 보였고, 가장 적은 트랩 농도를 보였다. 그리고 상부 전극 구조를 가진 박막 트랜지스터를 HMDS 처리를 한 $SiO_2$와 PMMA 절연막을 사용하여 제작하고 비교하였다. 이때 PMMA기판 위에 제작한 트랜지스터는 전계효과 이동도가 ${\mu}_{FET}=0.03cm^{2}/Vs$ 이고, 문턱이전 기울기 0.55V/dec, 문턱전압 $V_{th}=-6V$, on/off 전류비 $>10^5$의 전기적 특성을 보였고, $SiO_2$ 기판위에 제작한 트랜지스터는 전계효과 이동도 ${\mu}_{FET}=0.004cm^{2}/Vs$, 문턱이전 기울기 0.518 V/dec, 문턱전압 $V_{th}=5V$, on/off 전류비 $>10^4$의 전기적 특성을 보였다.