• 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.

• 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.

• 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.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.214.1-214.1
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• 2015

Thin-film transistors (TFTs)의 채널층으로 널리 쓰이는 indium-gallium-zinc oxide (IGZO)는 높은 전자 이동도(약 10 cm2/Vs)를 나타내며 유기 발광 다이오드디스플레이(OLED)와 대면적 액정 디스플레이(LCD)에 필수적으로 사용되고 있다. 하지만, 이러한 재료는 우수한 TFT의 채널층의 특성을 가지는 반면, ZnO 기반 재료이기 때문에 소자 구동에서의 안정성은 가장 큰 문제로 남아있다. 따라서 최근, IGZO layer의 특성을 향상시키기 위한 연구가 다양한 방법으로 시도되고 있다. IGZO의 조성비를 조절하여 전기적 특성을 최적화거나 IGZO layer의 조성 중 Ga을 다른 금속 메탈로 대체하는 연구도 이루어지고 있다. 그러나 IGZO에 미량의 도펀트를 첨가하여 박막 특성 변화를 관찰한 연구는 거의 진행되지 않고 있다. 산화물 TFTs의 전기적 특성과 안정성은 산소 함량에 영향을 많이 받는 것으로 알려져 있으며, 더욱이 TFT 채널층으로 쓰이는 IGZO 박막의 고유한 산소 공공은 디바이스 작동 중 열적으로 활성화 되어 이온화 상태가 될 때 소자의 안정성을 저하시키는 것이 문제점으로 지적되고 있다. 그러므로 본 연구에서는 낮은 전기 음성도(1.22)와 표준전극전위(-2.372 V)를 가지며 산소와의 높은 본드 엔탈피 값(719.6 kJ/mol)을 가짐으로써 산소 공공생성을 억제할 것으로 기대되는 yttrium을 IGZO의 도펀트로 도입하였다. 따라서 본 연구에서는 Y-IGZO의 박막 특성 변화를 관찰하고자 한다. 본 연구에서는 magnetron co-sputtering법으로 IGZO 타깃(DC)과 Y2O3 타깃(RF)를 이용하여 기판 가열 없이 동시 방전을 이용해 non-alkali glass 기판 위에 증착 하였다. IGZO 타깃은 DC power 110 W으로 고정하였으며 Y2O3 타깃에는 RF Power를 50 W에서 110 W까지 증가시키면서 Y 도핑량을 조절하였다. Working pressure는 고 순도 Ar을 20 sccm 주입하여 0.7 Pa로 고정하였다. 모든 실험은 $50{\times}50mm$ 기판 위에 총 두께 $50nm{\pm}2$ 박막을 증착 하였으며, 그 함량에 따른 전기적 특성 및 광학적 특성을 살펴보았다. 또한, IGZO 박막 제조 시 박막의 안정화를 위해 열처리과정은 필수적이다. 하지만 본 연구에서는 열처리를 진행하지 않고 Y-IGZO의 안정성 개선 여부를 보기 위하여 20일 동안 상온에서 방치하여 그 전기적 특성변화를 관찰하였다. 나아가 Y-IGZO 채널 층을 갖는 TFT 소자를 제조하여 소자 구동 특성을 관찰 하였다. Y2O3 타깃에 가해지는 RF Power가 70 W 일 때 Y-IGZO박막은 IGZO박막과 비교하여 상대적으로 캐리어 밀도는 낮은 반면 이동도는 높은 최적 특성을 얻을 수 있었다. 상온방치 결과 Y-IGZO박막은 IGZO박막에 비해 전기적 특성 변화 폭이 적었으며 이것은 Y 도펀트에 의한 안정성 개선의 결과로 예상된다. 투과도는 Y 도핑에 의하여 약 1.6 % 정도 상승하였으며 밴드 갭 내에서 결함 준위로 작용하는 산소공공의 억제로 인한 결과로 판단된다.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• v.17 no.2
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• pp.239-244
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• 2017

We experimentally investigate the physical mechanism for asymmetrical degradation in amorphous indium-gallium-zinc oxide (a-IGZO) thin-film transistors (TFTs) under simultaneous gate and drain bias stresses. The transfer curves exhibit an asymmetrical negative shift after the application of gate-to-source ($V_{GS}$) and drain-to-source ($V_{DS}$) bias stresses of ($V_{GS}=24V$, $V_{DS}=15.9V$) and ($V_{GS}=22V$, $V_{DS}=20V$), but the asymmetrical degradation is more significant after the bias stress ($V_{GS}$, $V_{DS}$) of (22 V, 20 V) nevertheless the vertical electric field at the source is higher under the bias stress ($V_{GS}$, $V_{DS}$) of (24 V, 15.9 V) than (22 V, 20 V). By using the modified external load resistance method, we extract the source contact resistance ($R_S$) and the voltage drop at $R_S$ ($V_{S,\;drop}$) in the fabricated a-IGZO TFT under both bias stresses. A significantly higher RS and $V_{S,\;drop}$ are extracted under the bias stress ($V_{GS}$, $V_{DS}$) of (22 V, 20V) than (24 V, 15.9 V), which implies that the high horizontal electric field across the source contact due to the large voltage drop at the reverse biased Schottky junction is the dominant physical mechanism causing the asymmetrical degradation of a-IGZO TFTs under simultaneous gate and drain bias stresses.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.245-245
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• 2015

Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) 박막 태양전지는 높은 효율과 낮은 제조비용, 높은 신뢰성으로 인해 박막 태양전지 중 가장 각광받고 있다. 특히 유리기판 대신 가볍고 유연한 철강소재나 플라스틱 소재를 이용하여 발전분야 외에 건물일체형, 수송용, 휴대용등 다양한 분야에 적용이 가능하다. 이러한 유연 기판을 이용한 CIGS 태양전지의 개발을 위해서는 기판의 특성에 따른 다양한 공정개발이 선행되어야 한다. 특히 CIGS 태양전지에서는 Na의 역할이 매우 중요한데 유연기판의 경우 이러한 Na이 없을 뿐만 아니라 철강기판의 경우 Fe, Ni, Cr등의 불순물이 확산되어 흡수층의 특성을 저하시켜 효율을 감소시킨다. 따라서 이러한 철강 기판의 경우 불순물의 확산을 방지하는 확산방지막이 필수적이다. 또한 플라스틱기판의 경우 내열성이 낮아 저온에서 공정을 진행해야하는 단점이 있다. 이러한 유연기판의 특성을 고려하여 본 연구에서는 유연기판으로 STS 430 stainless steel과 poly-imide를 이용하여 특성 개선을 진행하였다. 먼저 stainless steel과 Poly-imide, soda-lime glass, coning glass의 기판을 이용하여 기판에 따른 흡수층의 특성을 비교 분석하였으며 stainless steel 기판을 이용하여 확산 방지막의 유무 및 두께에 따른 흡수층 및 소자의 특성을 분석하였다. 이때 확산 방지막은 기존 TCO 공정에서 사용되는 i-ZnO를 사용하였으며 RF sputter를 이용하여 50~200nm로 두께를 달리하며 특성 비교를 실시하였다. 이때 효율은 확산방지막을 적용하지 않았을 때 약 5.9%에서 확산 방지막 적용시 약 10.6%로 증가하였다. 또한 poly-imide 기판을 이용하여 $400^{\circ}C$이하에서 흡수층을 제조하여 특성평가를 진행하였으며 소자 제조 후 효율은 약 12.2%를 달성하였다. 모든 흡수층은 Co-Evaporation 방법을 이용하여 제조하였으며 제조된 흡수층은 SEM, XRF, XRD, GD-OES, PL, Raman등을 이용하여 분석하였으며 그 외 일반적인 방법을 이용하여 Mo, CdS, TCO, Al grid를 제조하였다. AR 코팅은 제외 하였으며 제조된 소자는 솔라 시뮬레이터를 이용하여 효율 특성 분석을 실시하였으며 Q.E. 분석을 실시하였다.

• Journal of Information Display
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• v.12 no.4
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• pp.209-212
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• 2011

The threshold voltage shift (${\Delta}V_{th}$) under positive-voltage bias stress (PBS) of InGaZnO (IGZO) thin-film transistors (TFTs) annealed at different temperatures in air was investigated. The dramatic degradation of the electrical performance was observed at the sample that was annealed at $700^{\circ}C$. The degradation of the saturation mobility (${\mu}_{sat}$) resulted from the diffusion of indium atoms into the interface of the IGZO/gate insulator after crystallization, and the degradation of the subthreshold slope (S-factor) was due to the increase in the interfacial and bulk trap density. In spite of the degradation of the electrical performance of the sample that was annealed at $700^{\circ}C$, it showed a smaller ${\Delta}V_{th}$ under PBS conditions for $10^4$ s than the samples that were annealed at $500^{\circ}C$, which is attributed to the nanocrystal-embedded structure. The sample that was annealed at $600^{\circ}C$ showed the best performance and the smallest ${\Delta}V_{th}$ among the fabricated samples with a ${\mu}_{sat}$ of $9.38cm^2/V$ s, an S-factor of 0.46V/decade, and a ${\Delta}V_{th}$ of 0.009V, which is due to the passivation of the defects by high thermal annealing without structural change.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• v.15 no.5
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• pp.519-525
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• 2015

Positive bias stress-induced instability in amorphous indium-gallium-zinc-oxide (a-IGZO) bottom-gate thin-film transistors (TFTs) was investigated under high $V_{GS}$/low $V_{DS}$ and low $V_{GS}$/high $V_{DS}$ stress conditions through incorporating a forward/reverse $V_{GS}$ sweep and a low/high $V_{DS}$ read-out conditions. Our results showed that the electron trapping into the gate insulator dominantly occurs when high $V_{GS}$/low $V_{DS}$ stress is applied. On the other hand, when low $V_{GS}$/high $V_{DS}$ stress is applied, it was found that holes are uniformly trapped into the etch stopper and electrons are locally trapped into the gate insulator simultaneously. During a recovery after the high $V_{GS}$/low $V_{DS}$ stress, the trapped electrons were detrapped from the gate insulator. In the case of recovery after the low $V_{GS}$/high $V_{DS}$ stress, it was observed that the electrons in the gate insulator diffuse to a direction toward the source electrode and the holes were detrapped to out of the etch stopper. Also, we found that the potential profile in the a-IGZO bottom-gate TFT becomes complicatedly modulated during the positive $V_{GS}/V_{DS}$ stress and the recovery causing various threshold voltages and subthreshold swings under various read-out conditions, and this modulation needs to be fully considered in the design of oxide TFT-based active matrix organic light emitting diode display backplane.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.323-323
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• 2014

기존의 태양전지 기술은 기술 장벽이 매우 낮고 대량 생산을 통한 단가 절감하는 구조를 가지고 있어 대규모 자본을 가진 후발 기업에게 잠식되기 쉽다. 그러나, III-V족 화합물 반도체를 이용한 집광형 고효율 태양전지는 기술 장벽이 매우 높은 기술 집약 산업이므로 독자적인 기술을 확보하게 되면 독점적인 시장을 확보 할 수 있어 미래 고부가 가치 산업으로 적합하다. 특히 III-V족 화합물 반도체 태양전지는 III족 원소(In, Ga, Al)와 V족 원소(As, P)의 조합으로 0.3 eV~2.5 eV까지 밴드갭을 가지는 다양한 박막 제조가 가능하여 다양한 흡수 대역을 가지는 태양전지 제조가 가능하기 때문에 다중 접합 태양전지 제작이 가능하다. 또한 III-V 화합물 반도체는 고온 특성이 우수하여 온도 안정성 및 신뢰성이 우수하고, 또한 집광 시 효율이 상승하는 특성이 있어 고배율 집광형 태양광 발전 시스템에 가장 적합하다. Si 태양전지의 경우 100배 이하의 집광에서 사용하나, III-V 화합물 반도체 태양전지의 경우 500~1000배 정도의 고집광이 가능하다. 이러한 특성으로 III-V 화합물 반도체 태양전지 모듈 가격을 낮출 수 있고, 따라서 Si 태양전지 시스템과 비교하여 발전 단가 면에서 경쟁력을 확보할 수 있다. III-V 화합물 반도체는 다양한 밴드갭 에너지를 가지는 박막 제조가 용이하고, 직접천이(direct bandgap) 구조를 가지고 있어 실리콘에 비해 광 흡수율이 높다. 또한 터널정션(tunnel junction)을 이용하면 광학적 손실과 전기적 소실을 최소화 하면서 다양한 밴드갭을 가지는 태양전지를 직렬 연결이 가능하여 한 번의 박막 증착 공정으로 넓은 흡수대역을 가지며 효율이 높은 다중접합 태양전지 제작이 가능하다. 이에 걸맞게 본연구에서는 화학기상증착장치(MOCVD)를 이용하여 InAsP 나노선을 코어 쉘 구조로 성장하여 태양전지를 제작하였다. P-type Dopant로는 Disilane (Si2H6)을 전구체로 사용하였다. 또한 Benzocyclobutene (BCB) 폴리머를 이용하여 Dielectric을 형성하였고 Sputtering 방법으로 증착한 ZnO을 투명 전극으로 사용하여 나노선 끝부분과 실리콘 기판에 메탈 전극을 형성하였다. 이를 통해 제작한 태양전지는 솔라시뮬레이터로 측정했을때 최고 7%에 달하는 변환효율을 나타내었다.