• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.364-364
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• 2012

평판 디스플레이 분야에 투명 비정질 산화물 반도체는 박막 트렌지스터(Thin film transistor; TFT)소자의 채널층으로 사용할 수 있다. 투명 비정질 산화물 반도체 IGZO (In-Ga-Zn-O)는 다른 비정질 재료에 비해 높은 전하 이동도를 가지기 때문에 우수한 성능의 TFT소자를 제작할 수 있다. 본 연구에서는 RF magnetron sputtering법으로 corning 1737 유리기판 위에 RF 파워의 변화에 따라 증착한 IGZO박막의 광학적 전기적 특성 변화를 연구하였다. 박막 증착 조건은 초기 압력 $2.0{\times}10^{-6}Torr$, 증착 압력 $2.0{\times}10^{-2}Torr$, 반응가스 Ar 25 sccm, 증착 온도는 실온으로 고정하였으며, 공정변수로 RF 파워를 25 w, 50 w, 75 w, 100 w로 변화시키며, IGZO 타겟은 $In_2O_3$, $Ga_2O_3$, ZnO 분말을 각각 1 : 1 : 2mol% 조성비로 혼합하여 소결한 타겟을 사용하였다. 표면분석(AFM)결과 RF 파워가 증가함에 따라 거칠기가 증가하였으며, XRD 분석결과 Bragg's 법칙을 만족하는 피크가 나타나지 않는 비정질 구조임을 확인할 수 있었다. 가시광 영역에서 (450~700 nm) 25 w일 때 85% 이상을 확인하였고, RF 파워가 증가할수록 밴드갭이 감소하는 것을 확인하였다. RF 파워가 100 w인 경우 carrier 밀도는 $7.7{\times}10^{19}cm^{-3}$, Mobility $8.42cm^2V-s$, Resistivity $9.45{\times}10^{-3}{\Omega}-cm$로 투명 전도막의 특성을 보였다.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.26 no.1
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• pp.56-63
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• 2013

IGZO thin films have been prepared by RF magnetron sputtering. The structural, electrical and optical properties of the IGZO thin films have been investigated as a function of deposition condition. XRD analysis of IGZO thin films showed a typical crystallographic orientation with c-axis perpendicular regardless of deposition conditions. The carrier mobility, carrier concentration and resistivity of the IGZO films sputtered at 200 W, 1mTorr and $300^{\circ}C$ were $28.5cm^2/V{\cdot}sec$, $2.6{\times}10^{20}cm^3$, $8.8{\times}10^{-4}{\Omega}{\cdot}cm$ respectively. The optical transmittance were higher than 80% at visible region regardless of the deposition conditions under the experiments above, and specifically higher than 90% at wave length over 500 nm. The absorption edge was shifted to shorter wavelength with increase of carrier concentration.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.256-256
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• 2012

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.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.33 no.12
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• pp.511-516
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• 2023

Amorphous In-Ga-Zn-O (a-IGZO) thin film transistors (TFTs) with a coplanar structure were fabricated to investigate the feasibility of their potential application in large size organic light emitting diodes (OLEDs). Drain currents, used as functions of the gate voltages for the TFTs, showed the output currents had slight differences in the saturation region, just as the output currents of the etch stopper TFTs did. The maximum difference in the threshold voltages of the In-Ga-Zn-O (a-IGZO) TFTs was as small as approximately 0.57 V. After the application of a positive bias voltage stress for 50,000 s, the values of the threshold voltage of the coplanar structure TFTs were only slightly shifted, by 0.18 V, indicative of their stability. The coplanar structure TFTs were embedded in OLEDs and exhibited a maximum luminance as large as 500 nits, and their color gamut satisfied 99 % of the digital cinema initiatives, confirming their suitability for large size and high resolution OLEDs. Further, the image density of large-size OLEDs embedded with the coplanar structure TFTs was significantly enhanced compared with OLEDs embedded with conventional TFTs.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.420-420
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• 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 Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.293.2-293.2
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• 2016

The In this paper, we have fabricated the solution processed In-Ga-ZnO thin film transistors (IGZO TFTs) by varying indium and gallium ratio. The indium ratio of IGZO TFTs was changed from 1 to 5 at fixed gallium and zinc oxide atomic percent of 1:1 and gallium ratio was varied from 1 to 5 at fixed indium and zinc oxide atomic percent of 1:1. When the indium ratio was increased at fixed gallium and zinc oxide ratio of 1:1, threshold voltage was negatively shifted from 1.03 to -6.18 V and also mobility was increased from 0.018 to $0.076cm2/V{\cdot}sec$. It means that the number of carriers in IGZO TFTs were increased due to great formation of the oxygen vacancies which generate electrons. In contrast, when the gallium ratio was increased in IGZO TFTs with indium and zinc oxide ration of 1:1, the on/off current ratio was increased from $1.88{\times}104$ to $2.22{\times}105$. It is because gallium have stronger chemical bonds with oxygen than that with the zinc and indium ions that lead to the decreased in electron concentration.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.334.2-334.2
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• 2014

본 연구에서는 a-InGaZnO (IGZO) 활성층에 대기분위기에서 열처리 온도를 각각 $150^{\circ}C$, $250^{\circ}C$, $350^{\circ}C$ 실시하여 전자구조와 광학적 특성분석 및 화학적 결합 상태의 변화를 알아보고, 이러한 물성 변화에 따른 소자의 특성을 알아 보았다. 박막 트랜지스터 소자의 전기적 특성은, IGZO 박막에 후 열처리 공정온도 후 제작한 박막 트랜지스터는 $150^{\circ}C$에서 3.1 cm2/Vs의 전계 효과 이동도와 0.38 V/decade의 문턱전압 이하 기울기를 보였으나, $350^{\circ}C$에서는 8.8 cm2/Vs의 전계 효과 이동도와 0.20 V/decade의 문턱전압 이하 기울기로 더 향상된 박막 트랜지스터의 전기적 특성 결과를 관측하였다. 전기적 소자 특성의 변화와 활성층 IGZO 박막 특성 변화와의 상관관계를 조사하기 위하여 X-ray Absorption Spectroscopy (XAS)과 Spectroscopy Ellipsometry (SE)로 측정된 흡수 스펙트럼을 통하여 3 eV 이상의 광학적 밴드 갭은 기존에 보고 되었던 a-IGZO와 유사한 특성을 보이고 있음을 확인하였고, 이러한 측정, 분석법들을 통해 후 열처리 공정 온도에 따른 밴드 갭 부근의 결함준위의 양 변화와 가전자대의 전자구조의 변화에 따라 전기적 특성이 달라짐을 확인 할 수 있었다. 또한, X-ray Photoemission Spectroscopy (XPS)를 통해 측정한 O-1s를 통해 Oxygen deficient state와 밴드 갭 부근의 결함준위와의 상관관계를 도출해낼 수 있었다. 이는 a-IGZO 활성층에 후 열처리 공정 온도 변화에 따라서 전자구조의 혼성변화와 밴드 갭 부근의 결함준위의 양의 변화, 에너지 준위의 변화 및 이와 연관된 화학적 상태 변화가 박막 트랜지스터의 특성 변화를 예상할 수 있다는 결과를 도출하였다.

• Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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• v.51 no.6
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• pp.71-77
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• 2014

In this paper, we investigated the effects of high-energy electron beam irradiation (HEEBI) on the optical transmittance of InGaZnO (IGZO) films grown on transparent Corning glass substrates, with a radio frequency magnetron sputtering technique. The IGZO thin films deposited at low temperature were treated with HEEBI in air at room temperature (RT) with an electron beam energy of 0.8 MeV and doses of $1{\times}10^{14}-1{\times}10^{16}electrons/cm^2$. The optical transmittance of the IGZO films was measured using an ultraviolet visible near-infrared spectrophotometer (UVVIS). The detailed estimation process for separating the transmittance of HEEBI-treated IGZO films from the total transmittance of IGZO films on transparent substrates treated with HEEBI is given in this paper. Based on the experimental results, we concluded that HEEBI with an appropriate dose of $10^{14}electrons/cm^2$ causes a maximum increase in the transparency of IGZO thin films. We also concluded that HEEBI treatment with an appropriate dose shifted the optical band gap ($E_g$) toward the lower energy region from 3.38 to 3.31 eV. This $E_g$ shift suggested that HEEBI in air at RT with an appropriate dose acts like a thermal annealing treatment in vacuum at high temperature.

• ETRI Journal
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• v.34 no.6
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• pp.966-969
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• 2012

From a practical viewpoint, the topic of electrical stability in oxide thin-film transistors (TFTs) has attracted strong interest from researchers. Positive bias stress and constant current stress tests on indium-gallium-zinc-oxide (IGZO)-TFTs have revealed that an IGZO-TFT with a larger Ga portion has stronger stability, which is closely related with the strong binding of O atoms, as determined from an X-ray photoelectron spectroscopy analysis.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.215.1-215.1
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• 2015

본 연구에서는 용액 공정 기반 ZrO2 절연막의 우수한 특성을 확인하기 위해 SiO2 절연막을 가지는 IGZO (Indium-Gallium-Zinc Oxide) 박막 트랜지스터와 비교했다. In:Ga:Zn=1:1:1의 비율의 0.3 M IGZO 용액과 0.2 M ZrO2용액을 사용하였다. ZrO2 박막 트랜지스터는 0.2M ZrO2 용액을 5번 반복 증착하며 140nm 두께의 ZrO2 절연막을 가지는 IGZO 박막 트랜지스터와 비교대상으로 동일한 두께의 SiO2의 절연막을 가지는 IGZO 박막 트랜지스터를 제작하였다. ZrO2 박막 트랜지스터의 문턱전압은 4.3V로 SiO2 박막 트랜지스터의 -6.1V보다 낮았고, 이동도는 $1.2356cm^2/V{\cdot}s$로 $0.0554cm^2/V{\cdot}s$ 보다 약 20배 높았다. 실험 결과를 통해 ZrO2를 절연막으로 사용한 박막 트랜지스터의 특성이 더 향상되었음을 확인하였다.