본 연구에서는 InGaZnO 산화물 반도체를 제조하기 위한 출발물질 중 하나인 $Ga_2O_3$ 분말을 착체중합법을 이용하여 합성하였다. 함께 사용되는 다른 출발 물질인 $In_2O_3$와 ZnO 분말 입자가 수십 nm 크기로 제조되는 반면 $Ga_2O_3$ 분말입자는 아직까지 수 ${\mu}m$ 크기의 입자가 사용되기 때문에 입도의 균일성을 확보하기 위해 착체중합법의 공정을 최적화하여 $Ga_2O_3$ 나노 분말을 합성하고 그 물성을 분석하였다. $Ga_2O_3$ 나노 분말 합성의 출발물질로 ethylene glycol, citric acid, $Ga(NO_3)_3$를 사용하였으며 $500{\sim}800^{\circ}C$에서 $Ga_2O_3$ 나노 입자을 합성하였다. TG-DTA 분석을 통해 전구체에서 유기물이 소실되는 온도를 확인하였고, XRD 분석을 통해 $Ga(NO_3)_3$ 농도 및 열처리 온도에 따른 $Ga_2O_3$ 나노 입자의 결정성을 확인하였다. SEM 분석을 이용하여 $Ga_2O_3$ 나노 입자의 미세 구조 및 입도 분포를 확인하였다.
Oxide semiconductors such as zinc tin oxide (ZTO) or indium gallium zinc oxide (IGZO) have attracted a lot of research interest owing to their high potential for application as thin film transistors (TFTs) [1,2]. However, the instability of oxide TFTs remains as an obstacle to overcome for practical applications to electronic devices. Several studies have reported that the electrical characteristics of ZnO-based transistors are very sensitive to oxygen, hydrogen, and water [3,4,5]. To improve the reliability issue for the amorphous InGaZnO (a-IGZO) thin-film transistor, back channel passivation layer is essential for the long term bias stability. In this study, we investigated the instability of amorphous indium-gallium-zinc-oxide (IGZO) thin film transistors (TFTs) by the back channel contaminations. The effect of back channel contaminations (humidity or oxygen) on oxide transistor is of importance because it might affect the transistor performance. To remove this environmental condition, we performed vacuum seasoning before the deposition of hybrid passivation layer and acquired improved stability. It was found that vacuum seasoning can remove the back channel contamination if a-IGZO film. Therefore, to achieve highly stable oxide TFTs we suggest that adsorbed chemical gas molecules have to be eliminated from the back-channel prior to forming the passivation layers.
Ga 첨가효과 및 Sputter 제조조건이 전기적 특성에 미치는 영향을 고찰하기 위해 ZnO분말과 G$a_2O_3$분말을 소결하여 타겟트를 제조하여 Sputter법으로 유리기판에 Ga-doped ZnO 다결정박막을 제조하였다. RF 전력밀도, 아르곤 개스압력 및 Ga 함유량등을 최적화한 후 제조한 투명한 Ga-doped ZnO 박막의 비저항은 1$0^{-3}$ohm-cm이며, undoped 및 Ga-doped ZnO 박막의 전자농도는 각 $10^{18}$, $10^{21}$/c$m^2$이였다. 공기와 질소분위기에서 열처리를 행하였을 때 Ga-doped ZnO 박막의 비저항은 $10^{2}$ order 증가하였다. 가시광영역의 투과율은 80% 이상이였으며, Ga 함유량이 증가하면 optical band gap도 넓어졌다.
Next-generation wide-bandgap semiconductors such as SiC, GaN, and Ga2O3 are being considered as potential replacements for current silicon-based power devices due to their high mobility, larger size, and production of high-quality wafers at a moderate cost. In this study, we investigate the gradual modulation of chemical composition in multi-stacked metal oxide semiconductor thin films to enhance the performance and bias stability of thin-film transistors (TFTs). It demonstrates that adjusting the Ga ratio in the indium gallium oxide (IGO) semiconductor allows for precise control over the threshold voltage and enhances device stability. Moreover, employing multiple deposition techniques addresses the inherent limitations of solution-processed amorphous oxide semiconductor TFTs by mitigating porosity induced by solvent evaporation. It is anticipated that solution-processed indium gallium oxide (IGO) semiconductors, with a Ga ratio exceeding 50%, can be utilized in the production of oxide semiconductors with wide band gaps. These materials hold promise for power electronic applications necessitating high voltage and current capabilities.
아연제련잔사로부터 고순도 갈륨을 회수하기 위하여 알칼리 갈륨의 용매추출실험을 수행하였다 실험결과 Isopropyl Ether에 의한 갈륨의 추출시 수용액의 염산농도가 증가할수록 갈륨의 추출이 증가하여 약 7.4M/L의 염산농도에서 증가할수록 추출이 증가하여 갈륨과 분리하기가 매우 어렵다. 그러나 D2EHPA에 의해 추출할 경우 철은 염산농도 2M/L 까지는 100% 추출되고 있으나, 갈륨은 염산농도 2M/L에서는 거의 추출이 이루어지지 않아 수용액의 염산농도를 조절함으로써 갈륨과 철을 용이하게 분리. 회수할 수 있다. 아연제련잔사로부터 알칼리침출, 중화침전, Isopropyl Ether과 D2EHPA를 사용한 용매추출공정을 거쳐 갈륨을회수한 결과, 순도 99wt%, 이상의 $Ga_2O_3{\cdot}H_2O$를 얻을 수 있었다.
Kim, Doo-Hyun;Yoo, Seung-Ho;Chung, Taek-Mo;An, Ki-Seok;Yoo, Hee-Soo;Kim, Yun-Soo
Bulletin of the Korean Chemical Society
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제23권2호
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pp.225-228
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2002
Amorphous $Ga_2O_3$ films have been grown on Si(100) substrates by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) using gallium isopropoxide, $Ga(O^iPr)_3$, as single precursor. Deposition was carried out in the substrate temperature range 400-800 $^{\circ}C$. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis revealed deposition of stoichiometric $Ga_2O_3$ thin films at 500-600 $^{\circ}C$. XPS depth profiling by $Ar^+$ ion sputtering indicated that carbon contamination exists mostly in the surface region with less than 3.5% content in the film. Microscopic images of the films by scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM) showed formation of grains of approximately 20-40 nm in size on the film surfaces. The root-mean-square surface roughness from an AFM image was ${\sim}10{\AA}$. The interfacial layer of the $Ga_2O_3$/Si was measured to be ${\sim}35{\AA}$ thick by cross-sectional transmission electron microscopy (TEM). From the analysis of gaseous products of the CVD reaction by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS), an effort was made to explain the CVD mechanism.
본 논문에서는 zinc oxide (ZnO)와 gallium이 도핑 된 zinc oxide (GZO)를 이용하여 radio frequency (RF) magnetron sputtering 방법에 의해 상온에서 제작된 bottom-gate 박막 트랜지스터의 특성을 평가하고 분석하였다. 게이트 절연층 물질로서 새로운 물질을 사용하지 않고 열적 성장된 $SiO_2$를 사용하여 게이트 누설 전류를 수 pA 수준까지 줄일 수 있었다. ZnO와 GZO 박막의 표면 제곱평균제곱근은 각각 1.07 nm, 1.65 nm로 측정되었다. 그리고 ZnO 박막은 80% 이상, GZO 박막은 75% 이상의 투과도를 가지고 있었고, 박막의 두께에 따라 투과도가 달라졌다. 또한 두 시료 모두 (002) 방위로 잘 정렬된 wurtzite 구조를 가지고 있었다. 제작된 ZnO 박막 트랜지스터는 2.5 V의 문턱 전압, $0.027\;cm^2/(V{\cdot}s)$의 전계효과 이동도, 104의 on/off ratio, 1.7 V/decade의 gate voltage swing 값들을 가지고 있었고, enhancement 모드 특성을 가지고 있었다. 반면에 GZO 박막 트랜지스터의 경우에는 -3.4 V의 문턱 전압, $0.023\;cm^2/(V{\cdot}s)$의 전계효과 이동도, $2{\times}10^4$의 on/off ratio, 3.3 V/decade의 gate voltage swing 값들을 가지고 있었고, depletion 모드 특성을 가지고 있었다. 우리는 기존의 ZnO와 1wt%의 Ga이 도핑된 ZnO를 이용하여 두 가지 모드의 트랜지스터 특성을 보이는 박막 트랜지스터를 성공적으로 제작하고 분석하였다.
Homogeneous multicomponent indium gallium zinc oxide (IGZO) ceramics for transparent electrode targets are prepared from the oxides and nitrates as the source materials, and their properties are characterized. The selected compositions were $In_2O_3:Ga_2O_3:ZnO$ = 1:1:2, 1:1:6, and 1:1:12 in mole ratio based on oxide. As revealed by X-ray diffraction analysis, calcination of the selected oxide or nitrides at $1200^{\circ}C$ results in the formation of $InGaZnO_4$, $InGaZn_3O_6$, and $InGaZn_5O_8$ phases. The 1:1:2, 1:1:6, and 1:1:12 oxide samples pressed in the form of discs exhibit relative densities of 96.9, 93.2, and 84.1%, respectively, after sintering at $1450^{\circ}C$ for 12 h. The $InGaZn_3O_6$ ceramics prepared from the oxide or nitrate batches comprise large grains and exhibit homogeneous elemental distribution. Under optimized conditions, IGZO multicomponent ceramics with controlled phases, high densities, and homogeneous microstructures (grain and elemental distribution) are obtained.
The GaN-powder scrap generated in the manufacturing process of LED contains significant amounts of gallium. This waste can be an important resource for gallium through recycling of scraps. In the present study, the influence of annealing temperatures on the structural properties of GaN powder was investigated when the waste was recycled through the mechanochemical oxidation process. The annealing temperature varied from $200^{\circ}C$ to $1100^{\circ}C$ and the changes in crystal structure and microstructure were studied. The annealed powder was characterized using various analytical tools such as TGA, XRD, SEM, and XRF. The results indicate that GaN structure was fully changed to $Ga_2O_3$ structure when annealed above $900^{\circ}C$ for 2 h. And, as the annealing temperature increased, crystallinity and particle size were enhanced. The increase in particle size of gallium oxide was possibly promoted by powder-sintering which merged particles to larger than 50 nm.
Gallium Oxide (Ga2O3) has been widely investigated for the optoelectronic applications due to its wide bandgap and the optical transparency. Recently, with the development of fabrication techniques in nanometer scale semiconductor materials, there have been an increasing number of extensive reports on the synthesis and characterization of Ga2O3 nano-structures such as nano-wires, nanobelts, and nano-dots. In contrast to typical vaporliquid-solid growth mode with metal catalysts to synthesis 1-dimensional nano-wires, there are several difficulties in fabricating the nanostructures by using sputtering techniques. This is attributed to the fact that relatively low growth temperatures and higher growth rate compared with chemical vapor deposition method. In this study, Ga2O3 chestnut burr were synthesized by using radio-frequency magnetron sputtering method. In contrast to typical sputtering method with sintered ceramic target, a Ga2O3 powder (99.99% purity) was used as a sputtering target. Several samples were prepared with varying the growth parameters, especially he growth time and the growth temperature to investigate the growth mechanism. Samples were characterized by using XRD, SEM, and PL measurements. In this presentation, the details of fabrication process and physical properties of Ga2O3 nano chestnut burr will be reported.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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