• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2014.02a
• /
• pp.273.2-273.2
• /
• 2014

Sputtering process has been widely used in Si-based semiconductor industry and it is also an ideal method to deposit transparent oxide materials for thin-film transistors (TFTs). The oxide films grown at low temperature by conventional RF sputtering process are typically amorphous state with low density including a large number of defects such as dangling bonds and oxygen vacancies. Those play a crucial role in the electron conduction in transparent electrode, while those are the origin of instability of semiconducting channel in oxide TFTs due to electron trapping. Therefore, post treatments such as high temperature annealing process have been commonly progressed to obtain high reliability and good stability. In this work, the scheme of electron-assisted RF sputtering process for high quality transparent oxide films was suggested. Through the additional electron supply into the plasma during sputtering process, the working pressure could be kept below $5{\times}10-4Torr$. Therefore, both the mean free path and the mobility of sputtered atoms were increased and the well ordered and the highly dense microstructure could be obtained compared to those of conventional sputtering condition. In this work, the physical properties of transparent oxide films such as conducting indium tin oxide and semiconducting indium gallium zinc oxide films grown by electron-assisted sputtering process will be discussed in detail. Those films showed the high conductivity and the high mobility without additional post annealing process. In addition, oxide TFT characteristics based on IGZO channel and ITO electrode will be shown.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2014.02a
• /
• pp.420-420
• /
• 2014

최근, 과학 기술이 발달함에 따라 현장에서의 실시간 검사 및 자가 지단 등 질병 치유에 대한 사람들의 관심이 증가하고 있으며, 이에 따라 의료, 환경, 산업과 같은 많은 분야에서 바이오 센서에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 그 중, EGFET는 전해질 속의 각종 이온 농도를 전기적으로 측정하는 바이오 센서로, 외부 환경으로부터 안전하고, 제작이 쉬우며, 재활용이 가능하여 비용을 절감 할 수 있다는 장점을 가지고 있다 [1]. EGFET는 감지부와 FET부로 분리된 구조를 가지고 있으며, 감지부의 감지막으로는 Al2O3, HfO2, $TiO_2$, SnO2 와 같은 다양한 물질들이 사용되고 있다. 그 중, SnO2는 우수한 감도와 안정성을 가지고 있는 물질로 추가적인 열처리 공정 없이도 우수한 감지 특성을 나타내기 때문에 본 연구에서 감지막으로 사용하였다. 한편, EGFETs 의 FET부로는 기존의 비정질 실리콘 TFTs 에 비해 10배 이상의 높은 이동도와 온/오프 전류비를 갖는 InGaZnO 를 채널층으로 사용한 TFTs 를 사용하였다. a-IGZO 는 넓은 밴드 갭으로 인해 가시광 영역에서 투명하며, 향후 투명 바이오센서 제작 시, 물질들 사이의 반응을 전기적 신호뿐만 아니라 광학적인 분석 방법으로도 검출이 가능하기에 고 신뢰성을 갖는 센서의 제작이 가능할 것으로 기대된다. 한편, a-IGZO TFTs 의 경우 우수한 전기적 특성을 나타냄에도 불구하고 소자 동작 시 문턱 전압이 불안정하다는 단점이 있으며 [2], 이러한 문제의 개선과 향후 투명 기판 위에서의 소자 제작을 위해서는 저온 열처리 공정이 필수적이다. 따라서, 본 연구에서는 저온 열처리 공정인 u-wave 열처리를 통하여 a-IGZO TFTs 의 전기적 특성 및 안정성을 향상시켰으며, 9.51 [$cm2/V{\cdot}s$]의 이동도와 135 [mV/dec] 의 SS값, 0.99 [V]의 문턱 전압, 1.18E+08의 온/오프 전류 비를 갖는 고성능 스위칭 TFTs 를 제작하였다. 최종적으로, 제작된 a-IGZO TFTs 를 SnO2 감지막을 갖는 EGFETs 에 적용함으로써 우수한 감지 특성과 안정성을 갖는 바이오 센서를 제작하였다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
• /
• 2010.05a
• /
• pp.54.1-54.1
• /
• 2010

산화물 기반의 TFT는 유리, 금속, 플라스틱 등 기판 종류에 상관없이 균일한 제작이 가능하며, 상온 및 저온에서 대면적으로 제작이 가능하고, 저렴한 비용으로 제작 가능하다는 장점 때문에 최근 많은 연구가 이루어지고 있다. 현재 TFT 물질로 많이 연구되고 있는 산화물은 ZnO (3.4 eV)나 InOx (3.6 eV), GaOx (4.9 eV), SnOx(3.7 eV)등의 물질과 각각의 조합으로 구성된 재료들이 주로 사용되고 있으며, 가장 많은 연구가 이루어진 ZnO 기반의 TFT는 mobility와 switching 속도에서 우수한 특성을 보이나, 트렌지스터의 안정성이 떨어지는 것으로 보고 되고 있다. 그러나 IGZO 물질의 경우 결정학적으로 비정질이며 상온 및 저온에서 대면적으로 제작이 가능하고, 높은 전자 이동도의 특성을 가지고 있는 장점 때문에 최근 차세대 산화물 트렌지스터로 각광받고 있다. IGZO TFT 소자의 경우 Ag, Au, In, Pt, Ti, ITO 등 다양한 전극 물질이 사용되고 있는데, 이들 중 active channel과 ohmic contact을 이루는 Al, Ti, Ag의 적용을 통해 향상된 성능을 얻을 수 있다. 하지만 이들 전극 재료는 TFT 소자 제작시 필수적인 열처리 공정에 노출되면서 active channel 과 전극 사이 계면에 문제점을 야기할 수 있다. 특히, Ti의 경우 산화가 잘되기 때문에 전극계면에 TiO2를 형성하여 contact resistance의 큰 영향을 미치는 것으로 보고 되고 있다. 본 연구에서는 ohmic 전극재료인 Ti 또는 Ti/Au를 적용하여 TFT 소자 제작 및 특성에 대한 평가를 진행했으며, 열처리에 따른 전극과 IGZO 계면 사이의 미세구조와 전기적인 특성간의 상관관계를 연구하였다. 이를 통해, 소자 제작 공정을 최적화하고 신뢰성 있는 소자 특성을 얻을 수 있었다.

• Korean Journal of Materials Research
• /
• v.8 no.11
• /
• pp.1067-1073
• /
• 1998

High quality diamond films of the silicon on diamond (SOD) structure are deposited using CO and $H_2$ gas mixture in microwave plasma chemical vapor deposition (CVD), a SOD structure is fabricated using low pressure CVD polysilicon on diamond/ Si(100) substrate. The crystalline structure of the diamond films which composed of { 111} and {100} planes. were changed from octahedral one to cubo-octahedron one as the CO/$H_2$ ratios are increased. The high quality diamond films without amorphous carbon and non-diamond elements were deposited at the CO/$H_2$ flow rate of 0.18. and the main phase of the diamond films shows (111) plane. The diamond/Si(lOO) structure shows that the interface is flat without voids. The measured dielectric constant. leakage current and breakdown field were $5.31\times10^{-9}A/cm^2$ and $9\times{10^7}{\Omega}cm$ respectively.

• Korean Journal of Optics and Photonics
• /
• v.11 no.3
• /
• pp.147-151
• /
• 2000

We deposited the ion assisted ${Ta_2}{O_5}$ films and conventional thermal evaporated ${Ta_2}{O_5}$ films by using electron beam gun, and measured the optical properties and mechanical properties of the fabricated films according to the evaporation conditions. In the case of the TazOs films by oxygen ion assisted deposition with the anode voltage of 120 V, and current density of $50~500\muA/cm^2$, the refractive index exhibited 2.15 which was higher than the conventionally deposited film index 1.94 and the tensile stress exhibited $5.0\times10^8 dyne/cm^2$ which was lower than $7.0\times10^8 dyne/cm^2$. This properties coincided with the optical and mechanical properties of the films deposited at the elevated substrate temperature of $230^{\circ}C$. In the case of the argon ion assisted films the tensile stress was decreased but the absorption existed at the short wavelength in the visible spectral region. And all the fabricated films were found to be amorphous by the X-ray diffraction analysis. lysis.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2011.02a
• /
• pp.100-100
• /
• 2011

2004년 일본의 Hosono 그룹에 의해 처음 발표된 이래로, amorphous gallium-indium-zinc oxide (a-GIZO) thin film transistors (TFTs)는 높은 이동도와 뛰어난 전기적, 광학적 특성에 의해 큰 주목을 받고 있다. 또한 넓은 밴드갭을 가지므로 가시광 영역에서 투명한 특성을 보이고, 플라스틱 기판 위에서 구부러지는 성질에 의해 플랫 패널 디스플레이나 능동 유기 발광 소자(AM-OLED), 투명 디스플레이에 응용될 뿐만 아니라, 일반적인 Poly-Si TFT에 비해 백플레인의 대면적화에 유리하다는 장점이 있다. 최근에는 Y2O3나 ZrO2 등의 high-k 물질을 gate insulator로 이용하여 높은 캐패시턴스를 유지함과 동시에 낮은 구동 전압과 빠른 스위칭 특성을 가지는 a-GIZO TFT의 연구 결과가 보고되었다. 하지만 투명 디스플레이 소자 제작을 위해 플라스틱이나 유리 기판을 사용할 경우, 기판 특성상 공정 온도에 제약이 따르고(약 $300^{\circ}C$ 이하), 이를 극복하기 위한 부가적인 기술이 필수적이다. 본 연구에서는 p-type Si을 back gate로 하는 Inverted-staggered 구조의 a-GIZO TFT소자를 제작 하였다. p-type Si (100) 기판위에 RF magnetron sputtering을 이용하여 Gate insulator를 증착하고, 같은 방법으로 채널층인 a-GIZO를 70 nm 증착하였다. a-GIZO를 증착하기 위한 sputtering 조건으로는 100W의 RF power와 6 mTorr의 working pressure, 30 sccm Ar 분위기에서 증착하였다. 소스/드레인 전극은 e-beam evaporation을 이용하여 Al을 150 nm 증착하였다. 채널 폭은 80 um 이고, 채널 길이는 각각 20 um, 10 um, 5 um, 2 um이다. 마지막으로 Furnace를 이용하여 N2 분위기에서 $500^{\circ}C$로 30분간 후속 열처리를 실시한 후에, 전기적 특성을 분석하였다.

• Korean Journal of Materials Research
• /
• v.23 no.2
• /
• pp.116-122
• /
• 2013

For fabricating silicon solar cells with high conversion efficiency, texturing is one of the most effective techniques to increase short circuit current by enhancing light trapping. In this study, four different types of textures, large V-groove, large U-groove, small V-groove, and small U-groove, were prepared by a wet etching process. Silicon substrates with V-grooves were fabricated by an anisotropic etching process using a KOH solution mixed with isopropyl alcohol (IPA), and the size of the V-grooves was controlled by varying the concentration of IPA. The isotropic etching process following anisotropic etching resulted in U-grooves and the isotropic etching time was determined to obtain U-grooves with an opening angle of approximately $60^{\circ}$. The results indicated that U-grooves had a larger diffuse reflectance than V-grooves and the reflectances of small grooves was slightly higher than those of large grooves depending on the size of the grooves. Then amorphous Si:H thin film solar cells were fabricated on textured substrates to investigate the light trapping effect of textures with different shapes and sizes. Among the textures fabricated in this work, the solar cells on the substrate with small U-grooves had the largest short circuit current, 19.20 mA/$cm^2$. External quantum efficiency data also demonstrated that the small, U-shape textures are more effective for light trapping than large, V-shape textures.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
• /
• 2009.05a
• /
• pp.13.1-13.1
• /
• 2009

Transparent electronics has attracted many interests, for it can open new applications for consumer electronics, transportation, business, and military. Among them, display backplane, thin film transistor (TFT) array would be the most attractive application. Many researchers have been investigating oxide semiconductors for transparent channel material of TFT since the report for transparent amorphous oxide semiconductor (TAOS) TFT by Hosono group and ZnO TFT by Wager group. Especially, oxide TFTs have been intensively investigated during a couple of years since the first demonstration of ZnO-TFT driving AM-OLED. Many papers regarding the fabrication and performance of oxide TFTs, and active matrix display driven by oxide TFTs have been reported. Now lots of people have confidence in the competitiveness of oxide TFTs for the backplane of AM-Display. Especially, high mobility, uniformity, fairly good stability, and low cost process make oxide TFTs applied even to a large size AM-OLED. Last year, Samsung mobile display, former SID, reported 12" AM-OLED driven by IZGO-TFT and it seems that the remained issue for the mass production is the bias temperature stability. Here, we will introduce the application of oxide TFT and important issue for oxide TFT to be used for the direct printing.

• Advances in Energy Research
• /
• v.1 no.2
• /
• pp.97-106
• /
• 2013

This study designs and tests a photovoltaic system with distributed maximum power point tracking (DMPPT) methodology using a field programmable gate array (FPGA) controller. Each solar panel in the distributed PV system is equipped with a newly designed DC/DC converter and the panel's voltage output is regulated by a FPGA controller using PI control. Power from each solar panel on the system is optimized by another controller where the quadratic maximization MPPT algorithm is used to ensure the panel's output power is always maximized. Experiments are carried out at atmospheric insolation with partial shading conditions using 4 amorphous silicon thin film solar panels of 2 different grades fabricated by Chi-Mei Energy. It is found that distributed MPPT requires only 100ms to find the maximum power point of the system. Compared with the traditional centralized PV (CPV) system, the distributed PV (DPV) system harvests more than 4% of solar energy in atmospheric weather condition, and 22% in average under 19% partial shading of one solar panel in the system. Test results for a 1.84 kW rated system composed by 8 poly-Si PV panels using another DC/DC converter design also confirm that the proposed system can be easily implemented into a larger PV power system. Additionally, the use of NI sbRIO-9642 FPGA-based controller is capable of controlling over 16 sets of PV modules, and a number of controllers can cooperate via the network if needed.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2010.02a
• /
• pp.27-27
• /
• 2010

최근에 고유가와 지구온난화로 인하여 에너지가 향후 인류의 50년을 좌우할 가장 큰 문제로 대두되고 있어서 지구의 모든 에너지의 근원인 태양광을 이용하는 태양광 발전은 무한한 청정 에너지로 각광받고 있다. 빛을 흡수하여 전기에너지로 변환하는 태양전지는 풍력, 수소연료전지, 조력, 바이오에탄올 등의 신재생에너지 기술 중에서 상품성은 가장 뛰어나지만 발전단가가 가장 높은 것이 단점이다. 태양광 발전단가를 줄여서 기존의 화석에너지를 이용한 발전단가와 견줄 수 있는 그리드 패러티(grid parity)를 달성하려면 태양전지 모듈의 고효율화와 동시에 저가화가 반드시 이루어져야 한다. 현재 태양광 모듈 시장의 90%는 효율이 12-16% 정도로 높은 단결정(single crystalline or monocrystalline) 실리콘이나 다결정(polycrystalline or multicrystalline) 실리콘 등의 벌크(bulk)형 결정질 실리콘 모듈이 차지하고 있으나 원재료인 실리콘 웨이퍼의 제조단가의 50%를 차지하고 있어서 저가화가 어렵다. 반면, 원료가스를 분해하여 대면적 기판에 증착하는 박막(thin-film) 실리콘 태양전지의 경우는 차세대 태양전지로 각광받고 있다. 박막 실리콘 모듈은 매우 적은 실리콘 원재료를 소비한다. 단결정이나 다결정 실리콘 웨이퍼의 두께가 $180-250\;{\mu}m$ 정도인 것에 비해서 박막 실리콘의 두께는 $0.3-3\;{\mu}m$ 수준이다. 더불어, 유리, 플라스틱 등의 저가 기판에 저온 대면적 증착이 가능하여 저가양산화에 유리하다. 박막 실리콘 모듈은 벌크형 실리콘 모듈(-0.5%/K) 대비 낮은 온도계수[비정질 실리콘(amorphous silicon; a-Si:H)의 경우 -0.2%/K]와 빛의 세기가 약한 산란광에서도 동작하여 평균발전시간이 증가하므로 외부환경에서 우수한 발전성능을 보이고 있다. 태양전지 모듈은 상온에서의 안정화 효율을 기준으로 가격이 책정되어($/$W_p$) 판매되기 때문에 벌크형 실리콘 모듈에 비해서 박막 실리콘 모듈은 가격대 성능비가 우수하다. 따라서 박막 실리콘 모듈은 벌크형 결정 실리콘 모듈의 대안으로 떠오르고 있으며, 레이저 기술을 이용하여 수려한 투광형 건물일체형(building integrated photovoltaic; BIPV) 모듈을 제작할 수 있는 장점도 있다. 이러한 장점에도 불구하고 기존의 양산화된 단일접합 비정질 실리콘 태양광 모듈은 효율이 6-7%로 낮아서 설치면적 및 설치 모듈의 증가가 성장의 걸림돌이 되고 있다. 박막 실리콘 태양전지의 고효율화를 도모하기 위해서 적층형 탄뎀셀로 양산 트렌드가 변화하고 있다. 이에 적층형 박막 실리콘 태양전지 효율의 한계 및 돌파구에 대해서 논의한다.