• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.252-253
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• 2011

ZnO-based thin film transistors (TFTs) are of great interest for application in next generation flat panel displays. Most research has been based on amorphous indium-gallium-zinc-oxide (IGZO) TFTs, rather than single binary oxides, such as ZnO, due to the reproducibility, uniformity, and surface smoothness of the IGZO active channel layer. However, recently, intrinsic ZnO-TFTs have been investigated, and TFT- arrayss have been demonstrated as prototypes of flat-panel displays and electronic circuits. However, ZnO thin films have some significant problems for application as an active channel layer of TFTs; it was easy to change the electrical properties of the i-ZnO thin films under external conditions. The variable electrical properties lead to unstable TFTs device characteristics under bias stress and/or temperature. In order to obtain higher performance and more stable ZnO-based TFTs, HZO thin film was used as an active channel layer. It was expected that HZO-TFTs would have more stable electrical characteristics under gate bias stress conditions because the binding energy of Hf-O is greater than that of Zn-O. For deposition of HZO thin films, Hf would be substituted with Zn, and then Hf could be suppressed to generate oxygen vacancies. In this study, the fabrication of the oxide-based TFTs with HZO active channel layer was reported with excellent stability. Application of HZO thin films as an active channel layer improved the TFT device performance and bias stability, as compared to i-ZnO TFTs. The excellent negative bias temperature stress (NBTS) stability of the device was analyzed using the HZO and i-ZnO TFTs transfer curves acquired at a high temperature (473 K).

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2012년도 춘계학술발표대회
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• pp.110.1-110.1
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• 2012

Recently, advances in ZnO based oxide semiconductor materials have accelerated the development of thin-film transistors (TFTs), which are the building blocks for active matrix flat-panel displays including liquid crystal displays (LCD) and organic light-emitting diodes (OLED). However, the electrical performances of oxide semiconductors are significantly affected by interactions with the ambient atmosphere. Jeong et al. reported that the channel of the IGZO-TFT is very sensitive to water vapor adsorption. Thus, water vapor passivation layers are necessary for long-term current stability in the operation of the oxide-based TFTs. In the present work, $Al_2O_3$ and $TiO_2$ thin films were deposited on poly ether sulfon (PES) and $SnO_x$-based TFTs by electron cyclotron resonance atomic layer deposition (ECR-ALD). And enhancing the WVTR (water vapor transmission rate) characteristics, barrier layer structure was modified to $Al_2O_3/TiO_2$ layered structure. For example, $Al_2O_3$, $TiO_2$ single layer, $Al_2O_3/TiO_2$ double layer and $Al_2O_3/TiO_2/Al_2O_3/TiO_2$ multilayer were studied for enhancement of water vapor barrier properties. After thin film water vapor barrier deposited on PES substrate and $SnO_x$-based TFT, thin film permeation characteristics were three orders of magnitude smaller than that without water vapor barrier layer of PES substrate, stability of $SnO_x$-based TFT devices were significantly improved. Therefore, the results indicate that $Al_2O_3/TiO_2$ water vapor barrier layers are highly proper for use as a passivation layer in $SnO_x$-based TFT devices.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.262-262
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• 2016

최근 고해상도 디스플레이가 주목받으면서 기존 비정질 실리콘(a-Si)을 대체할 수 있는 재료에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. a-Si의 경우 간단한 공정 과정, 적은 생산비용, 대면적화가 가능하다는 장점이 있지만 전자 이동도가 매우 낮은 단점이 있다. 반면, 산화물 반도체는 비정질 상태에서 전자 이동도가 높으며 큰 밴드갭을 가지고 있어 투명한 특성을 나타낼 뿐만 아니라, 저온공정이 가능하여 기판의 제한이 없는 장점을 가지고 있다. 대표적으로 가장 널리 연구되고 있는 산화물 반도체는 a-IGZO(amorphous indium-gallium-zinc oxide)이다. 그러나 InZnO(IZO) 기반의 산화물 반도체에서 carrier suppressor 역할을 하는 Ga(gallium)은 수요에 대한 공급이 원활하지 못하여 비싸다는 단점이 있다. 그러므로 경제적이면서 a-IGZO와 유사한 전기적 특성을 나타낼 수 있는 suppressor 물질이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 IZO 기반의 산화물 반도체에서 Ga을 Hf(hafnium), Zr(zirconium), Si(silicon)으로 대체하여 용액증착(solution-deposition) 공정으로 각각의 채널층을 형성한 back-gate type의 박막 트랜지스터(thin-film transistor, TFT) 소자를 제작하였다. 용액증착 공정은 물질의 비율을 자유롭게 조절할 수 있고, 대기압의 조건에서도 공정이 가능하기 때문에 짧은 공정시간과 저비용의 장점이 있다. 제작된 소자는 p-type Si 위에 게이트 절연막으로 100 nm의 열산화막이 성장된 기판을 사용하였다. 표준 RCA 클리닝 후에 각 solution 물질을 spin coating 방식으로 증착하였다. 이후, photolithography, develop, wet etching의 과정을 거쳐 채널층 패턴을 형성하였다. 또한, 산화물 반도체의 전기적 특성을 향상시키기 위해서 후속 열처리 과정(post deposition annealing, PDA)은 필수적이다. CTA 방식은 높은 열처리 온도와 긴 열처리 시간의 단점이 있다. 따라서, 본 연구에서는 $100^{\circ}C$ 이하의 낮은 온도와 짧은 열처리 시간의 장점을 가지는 MWI (microwave irradiation)를 후속 열처리로 진행하였다. 그 결과, 각 물질로 구현된 소자들은 기존 a-IGZO와 비교하여 적은 양의 carrier suppressor로도 우수한 전기적 특성 및 안정성을 얻을 수 있었다. 따라서, Si, Hf, Zr 기반의 산화물 반도체는 기존의 Ga을 대체하여 저비용으로 디스플레이를 구현할 수 있는 IZO 기반 재료로 기대된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.166-166
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• 2010

Recently, TFTs based on amorphous oxide semiconductors (AOSs) such as ZnO, InZnO, ZnSnO, GaZnO, TiOx, InGaZnO(IGZO), SnGaZnO, etc. have been attracting a grate deal of attention as potential alternatives to existing TFT technology to meet emerging technological demands where Si-based or organic electronics cannot provide a solution. Since, in 2003, Masuda et al. and Nomura et al. have reported on transparent TFTs using ZnO and IGZO as active layers, respectively, much efforts have been devoted to develop oxide TFTs using aforementioned amorphous oxide semiconductors as their active layers. In this thesis, I report on the performance of thin-film transistors using amorphous indium gallium zinc oxides for an active channel layer at room temperature. $SiO_2$ was employed as the gate dielectric oxide. The amorphous indium gallium zinc oxides were deposited by RF magnetron sputtering. The carrier concentration of amorphous indium gallium zinc oxide was controlled by oxygen pressure in the sputtering ambient. Devices are realized that display a threshold voltage of 1.5V and an on/off ration of > $10^9$ operated as an n-type enhancement mode with saturation mobility with $9.06\;cm^2/V{\cdot}s$. The devices show optical transmittance above 80% in the visible range. In conclusion, the fabrication and characterization of thin-film transistors using amorphous indium gallium zinc oxides for an active channel layer were reported. The operation of the devices was an n-type enhancement mode with good saturation characteristics.

• 한국정보디스플레이학회:학술대회논문집
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• 한국정보디스플레이학회 2008년도 International Meeting on Information Display
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• pp.1203-1207
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• 2008

For a large sized, ultra definition (UD) and high refresh rate for motion blur free AMLCD TVs, amorphous IGZO thin film transistor (TFT) are applied and investigated in terms of threshold voltage ($V_{th}$) shift influenced by active layer thickness uniformity, source drain etching technology, heat treatment and passivation condition. Optimizing above parameters, we fabricated the world's largest 15 inch XGA AMLCD successfully.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2018년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.55-55
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• 2018

Recently, amorphous oxides such as InGaZnO (IGZO) and InZnO (IZO) as a channel layer of an oxide TFT have been attracted by advantages such as high mobility, good uniformity, and high transparency. In order to apply such an amorphous oxide TFTs to a display, the stability in various environments must be ensured. In the InGaZnO which has been studied in the past, Ga elements act as a suppressor of oxygen vacancy and result in a decreased mobility at the same time. Previous studies have been showed that the InZnO, which does not contain Ga, can achieve high mobility, but has relatively poor stability under various instability environments. In this study, the TFTs using $IZO/Al_2O_3$ double layer structure were studied. The introduction of an $Al_2O_3$ interlayer between source/drain and channel causes superior electrical characteristics and electrical stability as well as reduced contact resistance with optimally perfect ohmic contact. For the IZO and $Al_2O_3$ bilayer structures, the IZO 30nm IZO channels were prepared at $Ar:O_2=30:1$ by sputtering and the $Al_2O_3$ interlayer were depostied with various thickness by ALD at $150^{\circ}C$. The optimal sample exhibits considerably good TFT performance with $V_{th}$ of -3.3V and field effect mobility of $19.25cm^2/Vs$, and reduced $V_{th}$ shift under positive bias stress stability, compared to conventional IZO TFT. The enhanced TFT performances are closely related to the nice ohmic contact properties coming from the defect passivation of the IZO surface inducing charge traps, and we will provide the detail mechanism and model via electrical analysis and transmission line method.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제33권4호
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• pp.286-290
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• 2020

The formation of inorganic thin films in low-temperature solution processes is necessary for a wide range of commercial applications of organic electronic devices. Aluminum oxide thin films can be utilized as barrier films that prevent the deterioration of an electronic device due to moisture and oxygen in the air. In addition, they can be used as the gate insulating layers of a thin film transistor. In this study, aluminum oxide thin film were formed using two methods simultaneously, a thermal process and the DUV process, and the properties of the thin films were compared. The result of converting aluminum nitrate hydrate to aluminum oxide through a hybrid process using a thermal treatment and DUV was confirmed by XPS measurements. A film-based a-IGZO TFT was fabricated using the formed inorganic thin film as a gate insulating film to confirm its properties.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.233-233
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• 2014

InGaZnO 박막트랜지스터(TFT)는 기존의 널리 사용되던 비정질 실리콘보다 높은 전하이동도와 Ion/off, 우수한 균일성과 신뢰성의 장점으로 최근 AMOLED양산에 적용되기 시작 하였다. 그러나 60인치 이상의 대면적 디스플레이와 초고해상도의 성능을 동시에 만족하기 위해 10 cm2/Vs정도의 전하이동도를 가지는 InGaZnO로는 한계가 있어 30 cm2/Vs 이상의 전하이동도를 가지는 물질의 연구가 필요하다. 연구에서는 높은 전하이동도를 만족하기 위해 InO2를, 우수한 신뢰성을 가지는 SnO2를 포함하는 InZnSnO로 실험을 진행하였다. 스퍼터링 시스템에서 ITO 타겟과 ZTO 타겟을 사용하여 동시증착법으로 채널을 증착하였고, 산소 분압 변화시에 IZTO TFT 소자 특성의 의존성을 평가하였다. Ar : O2=10 : 0 일 때와 Ar : O2=7 : 3 일 때의 이동도가 각각 12.6cm2/Vs, 19.7cm2/Vs로 산소 비율이 증가함에 따라 전하이동도가 증가하였다. 기존 IGZO 산화물 반도체에서는 산소 비율이 증가하면 산소공공(VO) 농도감소로 인해 전하이동도가 감소한다. 이는 전하농도가 증가하면 전하이동도가 증가하는 percolation 전도기구로 이해할 수 있다. 그러나 본 IZTO 물질에서는 산소비율 증가에 따라 오히려 전하이동도가 증가하였는데, 이는 IZTO 반도체에 함유된 Sn 이온의 가전자상태가 +2/+4가의 상대적 비율이 산소농도에 따라 의존하기 때문인 것으로 분석되었다.

• 한국표면공학회지
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• 제48권1호
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• pp.7-10
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• 2015

Recently, oxide TFTs has attracted a lot of interests due to their outstanding properties such as excellent environmental stability, high mobility, wide-band gap energy and high transparency, and investigated through the method using vacuum system and wet solution. In the case of the method using wet solution, process is very simple, however, annealing process should be included. In this study, to overcome the problem of annealing process, atmospheric pressure plasma was used for annealing, and the electrical characteristics such as on/off ration and mobility of device were investigated.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.208.1-208.1
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• 2015

최근, 차세대 투명 디스플레이 구동소자로서 산화물 반도체를 이용한 Transparent Amorphous Oxide Semiconductor (TAOS) 기술이 큰 주목을 받고 있다. 산화물 반도체는 기존의 a-Si에 비해 우수한 전기적인 특성과 낮은 구동전압 그리고 넓은 밴드 갭으로 인한 투명성의 장점들이 있다. 그리고 낮은 공정 온도에서도 제작이 가능하기 때문에 유리나 플라스틱과 같은 다양한 기판에서도 박막 증착이 가능하다. 하지만 기존의 furnace를 이용한 열처리 방식은 낮은 온도에서 우수한 전기적인 특성을 내기 어려우며, 공정 시간이 길어지는 단점들이 있다. 따라서 본 연구에서는 산화물 반도체중 In-Ga-Zn-O (IGZO)와 In-Sn-O(ITO)를 각각 채널 층과 게이트 전극으로 이용하였다. 또한 마이크로웨이브 열처리 기술을 이용하여 기존의 열처리 방식에 비해 에너지 전달 효율이 높고 짧은 시간동안 저온 공정이 가능하며 우수한 전기적인 특성을 가지는 투명 박막 트랜지스터를 구현 하였다. 본 실험은 glass 기판위에서 진행되었으며, RF sputter를 이용하여 ITO를 150 nm 증착한 후, photo-lithography 공정을 통하여 하부 게이트 전극을 형성하였다. 이후에 RF sputter를 이용하여 SiO2 와 IGZO 를 각각 300, 50 nm 증착하였고, patterning 과정을 통하여 채널 영역을 형성하였다. 또한 소자의 전기적인 특성 향상을 위해 마이크로웨이브 열처리를 1000 Watt로 2 분간 진행 하였고, 비교를 위하여 기존 방식인 furnace 를 이용하여 N2 분위기에서 $400^{\circ}C$로 30분간 진행한 소자도 병행하였다. 그 결과 마이크로웨이브를 통해 열처리한 소자는 공정 온도가 $100^{\circ}C$ 이하로 낮기 때문에 glass 기판에 영향을 주지 않고 기존 furnace 열처리 한 소자보다 전체적으로 전기적인 특성이 우수한 것을 확인 하였다.