• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.310-310
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• 2013

본 연구에서는 Titanium (Ti) source/drain 전극 접합이 차세대 비정질 InGaZnO (IGZO) 기반 박막형 트랜지스터에 미치는 영향을 화학적, 구조적, 전기적 특성 분석을 통하여 관찰하고 Ti/IGZO 접합 특성을 설명할 수 있는 메커니즘을 제시하였다. IGZO 기반 박막형 트랜지스터 소자의 구동 특성은 transmission line method (TLM) 패턴 공정을 이용하여 정량적으로 분석되었다. 비정질 IGZO 기반의 박막형 트랜지스터에서 Ti source/drain 전극 접합에 의한 구동 특성 변화 및 영향을 확인하기 위하여 금속/산화물 계면 반응성이 낮은 silver (Ag) source/drain 전극이 reference로 비교되었으며, 그 결과 Ti source/drain 전극 접합이 적용된 비정질 IGZO 트랜지스터의 경우 Ti 금속과 IGZO 산화물 계면에 형성되는 열역학적으로 안정한 $TiO_x$ 층의 형성에 의해 VT ($-{\Delta}0.52V$) shift 및 saturation mobility ($8.48cm^2$/Vs) 상승됨을 확인하였다. 뿐만 아니라 TLM 패턴을 이용한 IGZO 트랜지스터의 전기적 변수 도출 및 수치적 해석으로부터 $TiO_x$ 계면층 형성이 Ti 금속과 비정질 InGaZnO 계면에서의 effective contact resistivity를 효과적으로 낮출 수 있음을 확인하였다. Ti source/drain 전극 접합에 의해 발생되는 $TiO_x$ 계면층의 화학적, 구조적 특성과 $TiO_x$ 계면층 생성에 의한 소자 특성 변화를 연관시켜 해석함으로써, IGZO 기반 박막형 트랜지스터에서의 Ti source/drain 전극 접합이 비정질 IGZO 기반 박막형 트랜지스터에 미치는 영향을 설명하였다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제22권1호
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• pp.117-124
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• 2018

박막 두께가 다른 무접합 비정질 InGaZnO 막막 트랜지스터를 제작하고 박막 두께, 동작 온도 및 빛의 세기에 따른 소자의 성능 변수를 추출하고 게이트 산화층 항복전압을 분석하였다. 박막의 두께가 클수록 소자의 성능이 우수하나 드레인 전류의 증가로 게이트 산화층 항복전압은 감소하였다. 고온에서도 소자의 성능은 개선되었으나 게이트 산화층 항복 전압은 감소하였다. 빛의 세기가 증가할수록 광자에 의해 생성된 전자로 드레인 전류는 증가 하였으나 역시 게이트 산화층 항복전압은 감소하였다. 박의 두께가 클수록, 고온일수록, 빛의 세기가 강할수록 채널의 전자수가 증가하여 산화층으로 많이 주입되었기 때문이다. 무접합 a-IGZO 트랜지스터를 BEOL 트랜지스터로 사용하기 위해서는 박막 두께 및 동작 온도를 고려해서 산화층 두께를 설정해야 됨을 알 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.177-177
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• 2013

디스플레이 화소 스위치 소자로 수소화된 비정질 실리콘 박막 트랜지스터를 금속 산화물 반도체 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)로 대체하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 금속 산화물 중에서 박막 트랜지스터의 활성층으로 응용이 가능한 가장 대표적인 물질은 인듐(In), 갈륨(Ga), 아연(Zn), 산소(O) 화합물인 InGaZnO이다. InGaZnO TFT의 전기적 특성은 비정질 실리콘보다 우수한 것으로 확인이 되었지만, 소자의 신뢰성은 아직까지 해결해야 할 문제로 남아있다. 본 연구에서는 InGaZnO TFT를 제작하여 게이트 바이어스와 빛을 소자에 동시에 인가했을 때 발생하는 소자의 열화현상을 분석하였다. 다양한 채널 폭과 길이를 갖는 InGaZnO TFT를 제작하고 동시에 활성층의 구조를 두가지로 제작하였다. 첫번째는 활성층의 폭이 소오스/드레인 전극 폭보다 넓은 구조(active wide, AW)이고 두번째는 활성층의 폭이 소오스/드레인 전극 폭보다 좁은 구조(active narrow, AN) 구조이다. 이들 소자에 대해 +20 V의 게이트 바이어스와 빛을 동시에 인가하여 10000초 후의 소자 특성을 초기 특성과 비교하였을 때는 열화가 거의 발생하지 않았다. 반면 -20 V의 게이트 바이어스와 빛을 동시에 인가하여 10000초 후의 소자 특성을 초기 특성과 비교하면 전달특성 곡선이 음의 게이트 전압 방향으로 이동함과 동시에 문턱전압이하의 동작 영역에서 전달특성 곡선의 hump가 발생하였다. 이 hump 특성은 AW 구조의 소자와 AN 구조의 소자에서 나타나는 정도가 다름을 확인하였다. 이러한 열화 현상의 원인으로 음의 게이트 바이어스와 빛이 동시에 인가될 경우 InGaZnO 박막 내에는 활성층 내에 캐리어 밀도를 증가시키는 donor type의 defect가 발생하는 것으로 추정할 수 있었다. 추가적으로 활성층의 테두리 영역에서는 이러한 defect의 발생이 더 많이 발생함을 알 수 있었다. 따라서, 활성층의 테두리 영역이 소오스/드레인 전극과 직접 연결이 되는 AN 구조에서는 hump의 발생정도가 AW 구조보다 더 심하게 발생한 것으로 분석되었다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제21권9호
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• pp.1627-1634
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• 2017

비정질 InGaZnO 박막 두께가 다른 무접합 트랜지스터를 제작하고 두께에 따른 양과 음의 게이트 스트레스 전압 및 빛을 비춘 상태에서 소자 불안정성을 분석하였다. 채널 박막 두께가 얇을수록 게이트 스트레스 및 빛이 인가된 상태에서 문턱전압 및 드레인 전류 변화가 큰 것을 알 수 있었다. 그 원인을 stretched-exponential 모델과 소자 시뮬레이션을 수행하여 설명하였다. 박막이 얇을수록 캐리어 트랩핑 시간이 짧기 때문에 전자나 홀이 빨리 활성화되는 것과 채널 박막의 뒷부분에서 채널의 수직 전계가 증가하여 전자나 홀을 많이 축적할 수 있는 것으로 설명하였다. IGZO 무접합 트랜지스터 제작에서 채널 박막의 두께를 결정할 때 채널 박막 두께가 얇을수록 소자 불안정성이 큰 것을 고려해야 됨을 알 수 있다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2009년도 춘계학술발표대회
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• pp.5.1-5.1
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• 2009

2004년 Nature지에 일본 동경공업대학의 호소노 교수팀이 상온에서도 이동도 10cm2/Vs 이상의 우수한 InGaZnO 박막트랜지스터 소자 제작을 보고한 이후, 전 세계적으로 산학연을 총망라하여 산화물 반도체 재료 및 TFT 소자에 대한 연구 및 개발이 매우 활발하다. 특히 HDTV용 대형 TFT 기판기술이 절실한 디스플레이 업계에서 차세대 TFT 기판으로 산화물 소자를 적용하기 위해 집중적인 개발이 진행 중인데, 본 발표에서는 산화물 TFT 관련 최신 연구동향과 기술적 이슈사항을 검토하고 이를 바탕으로 향후 재료공학적 관점에서의 연구방향에 대해 논의하고자 한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.400-400
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• 2012

산화물 반도체는 넓은 에너지갭을 가지고 높은 이동성과 높은 투명성을 가지기 때문에 초고 속 박막 트랜지스터(Thin film transistor; TFT)에 많이 응용되고 있다. 그러나 ZnO 및 $In_2O_3$ 산화물 반도체를 박막트랜지스터에 사용할 경우 소자가 불안정하여 전기적 성질이 저하되고 문턱전압의 이동이 일어난다. TFT에 사용되는 산화물 반도체로는 GaInZnO, ZrInZnO, HfInZnO 및 GaSnZnO의 전기적 특성에 관한 연구가 많이 되었다. 그러나 titanium-indium-zinc-oxide (TIZO) TFT에 대한 연구는 비교적 적게 수행 되었다. 본 연구에서는 TFTs의 안정성을 향상하기 위하여 TFT의 채널로 사용되는 TiInZnO를 형성하는데 간단한 제조 공정과 낮은 비용의 용액 증착방법을 사용하였다. 졸-겔 전해액은 Titanium (IV) isopropoxide $[Ti(OCH(CH_3)_2)_4]$, 0.1 M Zinc acetate dihydrate $[Zn(CH_3COO)_2{\cdot}2H_2O]$ 그리고 indium nitrate hydrate $[In(NO_3)_3{\cdot}xH_2O]$을 2-methoxyethanol의 용액에 합성하였다. $70^{\circ}C$에서 한 시간 동안 혼합 하였다. Ti의 몰 비율은 10%, 20% 및 40% 로 각각 달리하여 제작하였다. $SiO_2$층 위에 2,500 rpm 속도로 25초 동안 스핀 코팅하여 TFT를 제작하였다. TIZO 박막에 대한 X-선 광전자 스펙트럼 관측 결과는 Ti 몰 비율이 증가함에 따라 Ti 2p1/2피크의 세기가 증가함을 보여주었다. TiZO 박막에 Ti 원자를 첨가하면 $O^{2-}$ 이온이 감소하기 때문에 전하의 농도가 변화하였다. 전하 농도의 변화는 TiZO 채널을 사용하여 제작한 TFT의 문턱전압을 양 방향으로 이동 하였으며 off-전류를 감소하였다. TiZO 채널을 사용하여 제작한 TFT의 드레인 전류-게이트 전압 특성은 on/off비율이 $0.21{\times}107$ 만큼 크며 이것은 TFT 소자로서 우수한 성능을 보여주고 있다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제21권1호
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• pp.82-89
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• 2017

본 연구에서는 소스 및 드레인 전극 재료에 따른 소자 열화를 분석하기 위해 Ni, Al, 및 ITO를 소스 및 드레인 전극 재료로 사용하여 InGaZnO 박막 트랜지스터를 제작하였다. 전극 재료에 따른 소자의 전기적 특성을 분석한 결과 Ni 소자가 이동도, 문턱전압 이하 스윙, 구동전류 대 누설전류 비율이 가장 우수하였다. 소스 및 드레인 전극 재료에 따른 소자 열화 측정결과 Al 소자의 열화가 가장 심한 것을 알 수 있었다. InGaZnO 박막 트랜지스터의 소자 열화 메카니즘을 분석하기 위하여 채널 폭과 스트레스 드레인 전압을 다르게 하여 문턱전압 변화를 측정하였다. 그 결과 채널 폭이 넓을수록 또 스트레스 드레인 전압이 높을수록 소자 열화가 많이 되었다. 측정결과로부터 InGaZnO 박막 트랜지스터의 소자 열화는 큰 채널 전계와 주울 열의 결합 작용으로 발생함을 알 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.169.1-169.1
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• 2015

최근 디스플레이 기술은 급속도로 발전해 가고 있다. 디스플레이 산업의 눈부신 성장에 발맞추어 초고화질, 초고선명, 고속 구동 및 대형화 등을 포함하는 최신 기술의 디스플레이 구동이 필요하다. 이러한 요구사항을 만족하기 위해서는 각 픽셀에 영상정보를 기입하는 충전시간을 급격히 감소시켜야 하고 따라서 픽셀 트랜지스터(TFT)의 이동도는 급격히 증가해야 한다. 따라서 차세대 디스플레이 실현을 위해서 고이동도 특성을 구현 할 수 있는 신물질의 개발이 매우 중요하다. 현재 산화물박막트랜지스터는 차세대 디스플레이 실현을 위해 가장 주목받고 있으며, 실제로 산화물박막 트랜지스터의 핵심소재인 In-Ga-Zn-O(a-IGZO) 산화물의 경우 국내외에서 디스플레이에 적용되어 생산이 시작되고있다. 그러나 a-IGZO 산화물의 경우 이동도가 $5-10cm^2V{\cdot}s$ 수준이어서 향후 개발 되어질 초고해상도/고속구동 디스플레이 실현(이동도 $50cm^2V{\cdot}s$)에는 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 이를 해결 할 수 있는 'post-IGZO' 개발을 위해 In2O3에 Ga2O3를 조성별로 고용시켜 박막의 구조적, 전기적, 광학적 특성 및 TFT를 제작하여 특성 연구를 진행하였다. 조성은 In2O3에 Ga2O3를 7.5%~15% 도핑 하였으며, Sputtering을 이용하여 indium gallium oxide(IGO) 박막을 제작하였다. 박막은 상온 및 $300^{\circ}C$에서 증착 하였으며 증착 된 IGO 박막은 Ga=12.5% 까지는 In2O3에 Ga이 모두 고용되어 cubic In2O3 poly crystalline을 나타내는 것을 확인하였으며 Ga=15%에서 Gallium 관련 2차상이 확인되었다. Ga양이 변화함에 따라 박막의 전기적 특성이 조절 가능하였으며 이를 이용하여 IGO 박막을 30 nm 두께로 증착 하여 IGO 박막을 channel layer로 사용하는 bottom gate structured TFTs를 제작 하였다. IGO TFTs는 Ga=10%에서 on/off ratio ${\sim}10^8$, 그리고 field-effect mobility $84.8cm^2/V{\cdot}S$를 나타내며 초고화질, 초고선명 차세대 디스플레이 적용 가능성을 보여 준다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.165-165
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• 2012

비정질의 Tantalum-indium-zinc oxide (TIZO) 박막 트랜지스터는 RF-sputtering 방법으로 증착되었으며 소결된 단일 타겟을 사용하였다. 증착당시 반응 가스는 알곤과 산소를 95 : 5로 섞어 반응성 스퍼터링을 진행하였으며, 1 mtorr에서 5 mtorr까지 다양한 공정압력에서 증착한 이 후 Furnace system을 통하여 $350^{\circ}C$의 온도로 1시간 동안 후열처리 공정을 진행하였다. 비정질 TIZO 박막을 활성 층으로 사용하여 제작한 박막 트랜지스터는 공정압력이 낮아짐에 따라 높은 이동도와 낮은 subthrehsold gate swing 보였다. 이러한 현상의 원인을 규명하고자 물리적, 전기적, 광학적 분석을 통하여 공정압력의 변화가 박막 트랜지스터 구동에 미치는 영향을 해석하였다. 우선 공정압력에 따른 TIZO 박막의 Ta, In, Zn, O 각각의 조성을 분석하기 위하여 Rutherford back scattering (RBS) 분석을 실시하였다. 또한 X-선 회절(X-ray diffraction)분석을 통해 열처리된 TIZO 박막은 공정압력에 따라 물리적 구조의 변화를 일으키지 않으며 모든 박막은 비정질상을 보이는 것을 확인하였다. 3.3eV의 광학적 밴드 갭은 기존에 보고되었던 비정질 산화물 반도체(InGaZnO, HfInZnO 등)와도 유사한 밴드갭을 가지고 있음을 확인하였다. 또한, spectroscopic ellipsometry (SE)분석을 통하여 전도대 이하 밴드 갭 내에 존재하는 결함상태 및 전도대에서 결함상태까지의 에너지 준위 그리고 공정압력에 따라 결함의 양과 발생되는 에너지 준위가 변화하는 현상을 관측하였다. 박막을 제조 할 때의 공정압력은 박막 내의 결함의 양 및 발생되는 에너지 준위의 변화를 야기하고 변화된 결함의 양과 발생된 에너지 준위에 따라 박막트랜지스터의 전기적 특성을 변화시킨다는 결과를 도출하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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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.