• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.338.1-338.1
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• 2014

비정질 산화물 반도체(Amorphous Oxide Smeiconcuctor)를 이용하여 투명 박막 트랜지스터의 채널층으로 많은 연구가 진행되고 있다. 투명 박막 트랜지스터의 채널층으로 사용되고 있는 IGZO박막은 비정질임에도 불구하고 높은 이동도와 넓은 밴드갭을 갖고 있는 것으로 알려져 있다. 본 연구는 RF magnetron sputtering법으로 유리기판 위에 IGZO박막을 증착시켰으며 소결된 타겟으로는 In:Ga:ZnO를 각각 1:1:2mol%의 조성비로 혼합하여 이용하였으며, $30{\times}30mm$의 XG Glass 유리기판에 sputtering 방식으로 증착하였다. 박막 증착 조건은 초기압력 $3.0{\times}10^{-6}Torr$, 증착 압력 20mTorr, 반응가스 Ar 25sccm, 공정 변수로는 RF Power 25W, 50W, 75W, 100W 각각 변화를 주어 실험을 진행 하였으며, 증착온도는 실온으로 고정 하였다. 분석 결과로 RF Power 25W 일 때 XRD 분석결과 Bragg's 법칙을 만족하는 피크가 나타나지 않는 비정질 구조임을 확인하였으며, AFM 분석결과 0.5 mm 이하의 Roughness를 가졌다. UV-Visible-NIR 측정 결과 가시광선 영역에서 87%이상의 투과도를 나타냈으며, Hall 측정 결과 Carrier concentration $3.31{\times}10^{19}$, Mobility $10.9cm^2/V.s$, Resistivity $1.8{\times}10^{-2}$, 투명 박막 트랜지스터의 채널층으로 사용 가능함을 확인 할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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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.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.593-593
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• 2012

CIGS 박막 태양전지는 일반적으로 soda-lime glass(SLG)를 기판으로 사용하여 SLG/Mo/CIGS/CdS/ZnO/ITO/Grid의 구조로 제작된다. 하지만 SLG를 기판으로 사용할 경우, 유리의 특성상 무게가 무겁고, 유연성이 없기 때문에 건축물 적용에 적합하지 않다. 이러한 문제점을 극복하기 위해 가볍고 유연한 금속 및 폴리이미드 기판을 이용한 CIGS 태양전지가 널리 연구되고 있다. 그러나, 폴리이미드 기판의 경우, 특성이 우수한 CIGS 박막을 얻기 위한 고온 공정을 사용할 수 없기 때문에 이에 대한 고려가 필요하다. 본 논문에서는 CIGS 박막 태양전지 제작을 위한 폴리이미드 기판의 특성과 그 위에 형성한 후면 전극의 특성을 논의하고자 한다. 4종류의 폴리이미드 기판에 대한 열 특성을 시차주사열량계(differential scanning calorimeter)와 열중량분석기(thermogravimetric analysis), 열기계분석기(thermo mechanical anaylsis)를 이용해 분석하였다. 또한 Mo 후면 전극을 DC-sputter를 이용해 형성한 후, XRD와 AFM, 4-point probe를 이용하여 결정성 및 표면 거칠기, 면저항을 분석하였다. 결정성과 거칠기는 SLG에 증착했을 때와 동일한 결과를 보였으며, 면저항은 폴리이미드 필름에 증착 할 경우 더 크게 측정되었다. 본 연구는 중소기업청 산연기술개발사업(SL122689) 및 과학기술연합대학원대학교(UST)의 지원을 받아 수행된 "공동연구 지원사업"의 연구결과입니다.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.47 no.4
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• pp.329-332
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• 2010

In order to investigate the effect of tail state on the electrical and the optical properties in amorphous IGZO(a-IGZO), a-IGZO films were deposited at room temperature on fused silica substrats using pulsed laser deposition method. The laser pulse energy was used as the processing parameter. In-situ post annealing was carried out at $150^{\circ}C$ right after the film deposition. The $O_2$ partial pressure during the deposition and the post annealing was fixed to 10mTorr. The carrier mobility of the a-IGZO films had a range from 2 to $18\;cm^2/Vs$ at carrier concentrations greater than $10^{18}\;cm^{-3}$. As the laser energy density increased, the Hall mobility increased. And post annealing improved the Hall mobility, as well. The optical property was examined using the ultraviolet-visible spectroscopy. The a-IGZO films that have low Hall mobility exhibited stronger and broader absorption tails in >3.0 eV region. Post annealing reduced the intensity of the tail-like absorption. The absorption tail in a-IGZO films is an important factor which affects the electrical and the optical properties.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.341-341
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• 2012

Recently, oxide semi-conductor materials have been investigated as promising candidates replacing a-Si:H and poly-Si semiconductor because they have some advantages of a room-temperature process, low-cost, high performance and various applications in flexible and transparent electronics. Particularly, amorphous indium-gallium-zinc-oxide (a-IGZO) is an interesting semiconductor material for use in flexible thin film transistor (TFT) fabrication due to the high carrier mobility and low deposition temperatures. In this work, we demonstrated improvement of flexibility in IGZO TFTs, which were fabricated on polyimide (PI) substrate. At first, a thin poly-4vinyl phenol (PVP) layer was spin coated on PI substrate for making a smooth surface up to 0.3 nm, which was required to form high quality active layer. Then, Ni gate electrode of 100 nm was deposited on the bare PVP layer by e-beam evaporator using a shadow mask. The PVP and $Al_2O_3$ layers with different thicknesses were used for organic/inorganic multi gate dielectric, which were formed by spin coater and atomic layer deposition (ALD), respectively, at $200^{\circ}C$. 70 nm IGZO semiconductor layer and 70 nm Al source/drain electrodes were respectively deposited by RF magnetron sputter and thermal evaporator using shadow masks. Then, IGZO layer was annealed on a hotplate at $200^{\circ}C$ for 1 hour. Standard electrical characteristics of transistors were measured by a semiconductor parameter analyzer at room temperature in the dark and performance of devices then was also evaluated under static and dynamic mechanical deformation. The IGZO TFTs incorporating hybrid gate dielectrics showed a high flexibility compared to the device with single structural gate dielectrics. The effects of mechanical deformation on the TFT characteristics will be discussed in detail.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.289.2-289.2
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• 2016

In-Ga-Zn-O(IGZO) receive great attention as a channel material for thin film transistors(TFTs) as next-generation display panel backplanes due to its superior electrical and physical properties such as a high mobility, low off-current, high sub-threshold slope, flexibility, and optical transparency. For the purpose of fabricating high performance IGZO TFTs, a thermal recovery process above a temperature of $300^{\circ}C$ is required for recovery or rearrangement of the ionic bonding structure. However diffused metal atoms from source/drain(S/D) electrodes increase the channel conductivity through the oxidation of diffused atoms and reduction of $In_2O_3$ during the thermal recovery process. Threshold voltage ($V_{TH}$) shift, one of the electrical instability, restricts actual applications of IGZO TFTs. Therefore, additional investigation of the electrical stability of IGZO TFTs is required. In this paper, we demonstrate the effect of Ti diffusion and modulation of interface traps by carrying out an annealing process on IGZO. In order to investigate the effect of diffused Ti atoms from the S/D electrode, we use secondary ion mass spectroscopy (SIMS), X-ray photoelectron spectroscopy, HSC chemistry simulation, and electrical measurements. By thermal annealing process, we demonstrate VTH shift as a function of the channel length and the gate stress. Furthermore, we enhance the electrical stability of the IGZO TFTs through a second thermal annealing process performed at temperature $50^{\circ}C$ lower than the first annealing step to diffuse Ti atoms in the lateral direction with minimal effects on the channel conductivity.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.32 no.5
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• pp.371-375
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• 2019

Developing a thin-film transistor with characteristics such as a large area, high mobility, and high reliability are key elements required for the next generation on displays. In this paper, we have investigated the research trends related to improving the reliability of oxide-semiconductor-based thin-film transistors, which are the primary focus of study in the field of optical displays. It has been reported that thermal treatment in a high-pressure oxygen atmosphere reduces the threshold voltage shift from -7.1 V to -1.9 V under NBIS. Additionally, a device with a $SiO_2/Si_3N_4$ dual-structure has a lower threshold voltage (-0.82 V) under NBIS than a single-gate-insulator-based device (-11.6 V). The dual channel structure with different oxygen partial pressures was also confirmed to have a stable threshold voltage under NBIS. These can be considered for further study to improve the NBIS problem.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.207-207
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• 2011

Amorphous transparent oxide semiconductors (a-TOS) have been widely studied for many optoelectronic devices such as AM-OLED (active-matrix organic light emitting diodes). Recently, Nomura et al. demonstrated high performance amorphous IGZO (In-Ga-Zn-O) TFTs.1 Despite the amorphous structure, due to the conduction band minimum (CBM) that made of spherically extended s-orbitals of the constituent metals, an a-IGZO TFT shows high mobility.2,3 But IGZO films contain high cost rare metals. Therefore, we need to investigate the alternatives. Because Aluminum has a high bond enthalpy with oxygen atom and Alumina has a high lattice energy, we try to replace Gallium with Aluminum that is high reserve low cost material. In this study, we focused on the electrical properties of IZO:Al thin films as a channel layer of TFTs. IZO:Al were deposited on unheated non-alkali glass substrates (5 cm ${\times}$ 5 cm) by magnetron co-sputtering system with two cathodes equipped with IZO target and Al target, respectively. The sintered ceramic IZO disc (3 inch ${\phi}$, 5 mm t) and metal Al target (3 inch ${\phi}$, 5 mm t) are used for deposition. The O2 gas was used as the reactive gas to control carrier concentration and mobility. Deposition was carried out under various sputtering conditions to investigate the effect of sputtering process on the characteristics of IZO:Al thin films. Correlation between sputtering factors and electronic properties of the film will be discussed in detail.

• Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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• v.18 no.10
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• pp.2497-2502
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• 2014

The 5 wt.% Ga-doped zinc oxide (GZO) thin films were fabricated on PES substrates with various RF power 50~80 W by using RF magnetron sputtering in order to investigate the optical and electrical properties of GZO thin films. The XRD measurement showed that GZO thin films exhibit c-axis orientation. At a RF power of 70W, the GZO thin film showed the highest (002) diffraction peak with a Full-Width-Half-Maximum (FWHM) of $0.44^{\circ}$. AFM analysis showed that the lowest surface roughness (0.20 nm) was obtained for the GZO thin film fabricated at 70 W of RF power. The electrical property indicated that the minimum resistivity ($6.93{\times}10^{-4}{\Omega}{\cdot}cm$) and maximum carrier concentration ($7.04{\times}10^{20}cm^{-3}$) and hall mobility ($12.70cm^2/Vs$) were obtained in the GZO thin film fabricated at 70W of RF power. The optical transmittance in the visible region was higher than 80 %, regardless of RF power. The optical band-gap showed the slight blue-shift with increased in carrier concentration which can be explained by the Burstein-Moss effect.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.345-345
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• 2014

최근 디스플레이 기술은 급속도로 발전해 가고 있다. 정보화 기술의 발전으로 언제 어디서나 쉽게 정보를 얻을 수 있는 유비쿼터스 시대로 접근하고 있으며, 휴대가 간편하고 이동성을 가진 휴대용 기기가 인기를 끌고 있다. 이에 따라 더 얇고 더 가벼우며 휴대하기 쉬운 디스플레이가 요구 되고 있고, 더 나아가 떨어뜨려도 깨지지 않고 유연하며, 디자인 변형이 자유로우며, 때론 종이처럼 접거나 휘어지거나 두루마리처럼 말을 수 있는 이른바 "플렉서블 디스플레이"에 대한 필요성이 점점 대두되고 있다. 이러한 첨단 디스플레이의 핵심 소자 중 하나는 산화물 박막 트랜지스터 이다. 산화물 반도체는 넓은 밴드갭을 가지고 가시광선 영역에서 투명하며, 높은 이동도를 가지고 있어 차세대 평판디스플레이, 투명디스플레이 및 플렉서블 디스플레이용 박막트랜지스터(TFT)를 위한 채널층으로써 광범위하게 연구되고 있다. 하지만 현재 대부분의 산화물 박막 트랜지스터 제조 공정은 고온에서의 열처리를 필요로 한다. 고온에서의 열처리 공정은 산화물 박막의 제조 공정 단가를 증가시키는 문제점이 있으며, 산화물 박막이 형성되는 기판의 녹는점이 낮은 경우에는 상기 기판의 변형을 가져오므로(예를 들면, 플라스틱 기판, 섬유 기재 등), 상기 산화물 박막이 적용되는 기판의 종류에 제한이 생기는 문제점이 있었다. 이에 플렉시블 디스플레이 등을 위해서는 저온공정이 필수로 선행 되어야 한다. 산화물 TFT는 당초, ZnO계의 재료가 연구되었지만 2004년 말에 Hosono 그룹이 Nature지에 "IGZO (In, Ga, Zn, O)"을 사용한 TFT를 보고한 이후 IGZO, IZO, ISZO, IYZO, HIZO와 같은 투명 산화물반도체가 TFT의 채널물질로써 많이 거론되고 있다. 그 중에서 인듐갈륨 산화물(IGO)는 삼성분계 n-형 산화물 반도체이고, 채널 이동성이 좋고 광투과도가 우수해 투명 TFT에 매우 유용하게 사용할 수 있다. 이 실험에서 우리는 인듐갈륨 산화물 박막 및 트랜지스터 특성 연구를 진행하였다. 인듐갈륨 산화물 박막은 상온에서 rf-magnetron sputtering법을 사용하여 산소분압 1~10%에서 증착 되었다. 증착된 인듐갈륨 산화물 박막은 cubic $In_2O_3$ 다결정으로 나타났으며, 2차상은 관찰 되지 않았다. 산소분압이 10%에서 1%로 변함에 따라 박막의 전도도는 $2.65{\times}10^{-6}S/cm$에서 5.38S/cm 범위에서 조절되었으며, 이를 바탕으로 인듐갈륨 박막을 active층으로 사용하는 bottom gate 구조의 박막트랜지스터를 제작 하였다. 인듐갈륨산화물 박막트랜지스터는 산소분압 10%에서 on/off 비 ${\sim}10^8$, field-effect mobility $24cm^2/V{\cdot}S$를 나타내며 상온에서 플렉서블용 고 이동도 소자 제작의 가능성을 보여준다.