• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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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.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.263-263
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• 2016

최근 반도체 시장에서는 저비용으로 고성능 박막 트랜지스터(TFT)를 제작하기 위한 다양한 기술들이 연구되고 있다. 먼저, 재료적인 측면에서는 비정질 상태에서도 높은 이동도와 가시광선 영역에서 투명한 특성을 가지는 산화물 반도체가 기존의 비정질 실리콘이나 저온 폴리실리콘을 대체하여 차세대 디스플레이의 구동소자용 재료로 많은 주목받고 있다. 또한, 공정적인 측면에서는 기존의 진공장비를 이용하는 PVD나 CVD가 아닌 대기압 상태에서 이루어지는 용액 공정이 저비용 및 대면적화에 유리하고 프리커서의 제조와 박막의 증착이 간단하다는 장점을 가지기 때문에 활발한 연구가 이루어지고 있다. 특히 산화물 반도체 중에서도 indium-gallium-zinc oxide (IGZO)는 비교적 뛰어난 이동도와 안정성을 나타내기 때문에 많은 연구가 진행되고 있지만, 산화물 반도체 기반의 박막 트랜지스터가 가지는 문제점 중의 하나인 문턱전압의 불안정성으로 인하여 상용화에 어려움을 겪고 있다. 따라서, 본 연구에서는 기존의 산화물 반도체의 불안정한 문턱전압의 문제점을 해결하기 위해 마이크로웨이브 열처리를 적용하였다. 또한, 기존의 IGZO에서 suppressor 역할을 하는 값비싼 갈륨(Ga) 대신, 저렴한 지르코늄(Zr)과 하프늄(Hf)을 각각 적용시켜 용액 공정 기반의 Zr-In-Zn-O (ZIZO) 및 Hf-In-Zn-O (HIZO) TFT를 제작하여 시간에 따른 문턱 전압의 변화를 비교 및 분석하였다. TFT 소자는 p-Si 위에 습식산화를 통하여 100 nm 두께의 $SiO_2$가 열적으로 성장된 기판 위에 제작되었다. 표준 RCA 세정을 진행하여 표면의 오염 및 자연 산화막을 제거한 후, Ga, Zr, Hf 각각 suppressor로 사용한 IGZO, ZIZO, HIZO 프리커서를 이용하여 박막을 형성시켰다. 그 후 소스/드레인 전극 형성을 위해 e-beam evaporator를 이용하여 Ti/Al을 5/120 nm의 두께로 증착하였다. 마지막으로, 후속 열처리로써 마이크로웨이브와 퍼니스 열처리를 진행하였다. 그 결과, 기존의 퍼니스 열처리와 비교하여 마이크로웨이브 열처리된 IGZO, ZIZO 및 HIZO 박막 트랜지스터는 모두 뛰어난 안정성을 나타냄을 확인하였다. 결론적으로, 본 연구에서 제안된 마이크로웨이브 열처리된 용액공정 기반의 ZIZO와 HIZO 박막 트랜지스터는 추후 디스플레이 산업에서 IGZO 박막 트랜지스터를 대체할 수 있는 저비용 고성능 트랜지스터로 적용될 것으로 기대된다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제16권6호
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• pp.1266-1272
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• 2012

게이트 길이와 폭이 다른 InGaZnO 박막 트랜지스터를 제작하고 소자의 크기에 따른 문턱전압과 음의 게이트 전압 스트레스 후의 소자 특성 저하에 관한 연구를 수행하였다. 게이트 길이가 짧은 소자는 문턱전압과 문턱전압 아래의 기울기 역수가 감소하였고 채널 폭이 작은 소자는 문턱전압이 증가 하였다. 음의 게이트 전압 스트레스 후에는 전달특성 곡선이 왼쪽으로 이동하였고 문턱전압은 감소하였으며 문턱전압 아래의 기울기 역수는 변화가 거의 없었다. 이러한 결과는 게이트 유전체에 포획된 홀 때문으로 사료된다. 게이트에 음의 스트레스 전압을 인가한 후에 게이트 길이가 짧을수록 그리고 게이트 폭이 증가할수록 문턱전압의 변화가 적은 것은 홀 주입이 적기 때문으로 사료된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.423-423
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• 2012

ZnO, SnO2, In2O3:Sn와 같은 투명하고 전도성이 있는 박막은 panel display, 전자발광소자, 박막트랜지스터, 태양전지 등의 전극물질로서 폭넓게 사용되고 있다. 이러한 전극 물질을 이용하는 광전자소자의 성능을 개선하기 위해서는 가시광선영역에서 광투과율이 높고, 전기전도도가 좋아야 한다. 최근 ZnO, SnO2, In2O3, MgO, Ga2O3 등으로 이루어진 3원 또는 다원화합물로 제조된 산화물 박막이 새로운 투명한 전도성 박막으로 많은 관심을 끌고 있다. 본 연구에서는 Ga2O3 박막을 radio-frequency magnetron sputtering 방법을 이용하여 증착하였다. 기존에 사용되던 ceramic target을 개선하여 powder target을 사용하였다. 반응가스는 순수하게 Ar 가스만 사용하였고, Sapphire(0001) 기판을 사용하였다. 초기에는 flat한 layered 구조로 증착이 이루어졌으나, 증착시간이 20분이 지나면서부터는 밤송이 모양을 가지는 나노구조체가 생성되기 시작하였고, 이후 나노 밤송이의 밀도가 점차 증가하였다. Ga2O3 나노 밤송이의 특성에 대하여 발표할 예정이다.

• 한국진공학회지
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• 제16권5호
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• pp.359-365
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• 2007

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.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제49권2호
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• pp.15-22
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• 2012

본 논문에서 공핍 모드 n-채널 InGaZnO 박막트랜지스터를 이용하여 소비전력이 낮은 스캔 구동 회로를 제안한다. 제안된 스캔 구동 회로는 단 2개의 클록 신호만을 사용하고 추가적인 마스킹 신호나 회로가 필요 없이 이웃하는 스캔 출력 간에 겹쳐짐이 없는 스캔 출력 신호를 만들어 낸다. 클록 신호를 줄임과 동시에 단락 전류를 줄임으로써 소비전력을 줄일 수 있었다. 모의 실험 결과 트랜지스터 문턱전압의 편차 범위가 -3.0 ~ 1.0V일 때에도 스캔 출력 신호가 정상적으로 출력됨을 확인하였다. XGA의 해상도를 갖는 디스플레이를 대상으로 양과 음의 전원 전압이 각각 15V, -5V이고 동작 주파수가 46KHz일 때, 스캔구동 회로의 소비전력이 4.89mW이다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국정보통신학회 2014년도 추계학술대회
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• pp.769-772
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• 2014

비정질 InGaZnO 박막트랜지스터의 Gate Overlap 길이에 따른 NBS(Negative Bias Stress) 및 hot carrier 스트레스 후 시간별 문턱전압의 변화에 의한 소자신뢰도를 분석하였다. 측정에 사용된 소자는 비정질 InGaZnO TFT이며 채널 폭 $W=104{\mu}m$, 게이트 길이 $L=10{\mu}m$이며 Gate Overlap 길이는 $0,1,2,3{\mu}m$를 사용하였다. 소자 신뢰도는 전류-전압을 측정하여 분석하였다. 측정 결과, hot carrier 스트레스 후 Gate Overlap 길이가 증가할수록 문턱전압의 변화가 증가하였다. 또한, NBS 후에는 Gate Overlap 길이가 증가할수록 문턱전압의 변화가 감소하였고 장시간 스트레스 후에 hump가 발생하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2008년도 추계학술대회 논문집 Vol.21
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• pp.146-147
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• 2008

In this paper we report upon an investigation into the effect of sputter RF power on the electrical properties of Gallium doped zinc oxide (ZnO:Ga) film. Structural, electrical and optical properties of the ZnO:Ga films were investigation in terms of the sputtering power. Working pressure fixed in 5 mtorr and RF powers the variable did with 50~100 W. The result, We were able to without substrate temperature obtain resistivity of $9.3\times10^{-4}{\Omega}cm$ and optical transmittance of 90%.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제24권6호
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• pp.473-479
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• 2011

In this paper, we have compared amorphous InGaZnO (a-IGZO) thin-film transistor (TFT) with the nano-crystalline embedded-IGZO ($N_c$-embedded-IGZO) TFT fabricated by solid-phase crystallization (SPC) technique. The field effect mobility (${\mu}_{FE}$) of $N_c$-embedded-IGZO TFT was 2.37 $cm^2/Vs$ and the subthreshold slope (S-factor) was 0.83 V/decade, which showed lower performance than those of a-IGZO TFT (${\mu}_{FE}$ of a-IGZO was 9.67 $cm^2/Vs$ and S-factor was 0.19 V/decade). This results originated from generation of oxygen vacancies in oxide semiconductor and interface between gate insulator and semiconductor due to high temperature annealing process. However, the threshold voltage shift (${\Delta}V_{TH}$) of $N_c$-embedded-IGZO TFT was 0.5 V, which showed 1 V less shift than that of a-IGZO TFT under constant current stress during $10^5$ s. This was because there were additionally less increase of interface trap charges in Nc-embedded-IGZO TFT than a-IGZO TFT.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2008년도 제34회 동계학술대회 초록집
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• pp.224-224
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• 2008