• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.261.2-261.2
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• 2013

에너지 갭이 큰 ZnO 반도체는 빛 투과율이 우수하여 투명성이 좋으며 화학적으로 안정된 구조를 가지고 있어 전자소자 및 광소자 응용에 대단히 유용하다. 일반적으로 화학 기상증착, 전자빔증착과 전기화학증착법을 사용하여 ZnO 나노 구조를 제작하고 있다. 여러 가지 증착 방법 중에서 전기화학증착방법은 낮은 온도와 진공 공정이 필요하지 않으며 대면적 공정이 가능하고 빠른 성장 속도로 나노구조를 효과적으로 성장할 수 있는 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 전기화학증착법을 이용하여 Indium Tin Oxide (ITO) 기판위에 Al 도핑된 ZnO 나노세선 성장시키고 성장시간에 따라 형성한 ZnO 나노세선의 구조적 성질을 조사하였다. ZnO 나노세선을 성장하기 위하여 zinc nitrate와 potassium chloride를 각각 0.1 M을 용해한 용액을 사용하였다. 전기화학증착방법을 사용하여 제작한 ITO 기판 위에 성장시킨 ZnO 나노세선 위에 전극을 제작하고 전류-전압 특성을 측정하였다. Al-doped ZnO 나노세선의 성장되는 조건을 Al 농도별로 0 wt%, 1 wt%, 2 wt% 및 5 wt% 씩 증가시키면서 ZnO 나노세선의 구조적 특성을 분석하였다. X-선회절 (X-ray diffraction; XRD) 실험 결과를 통해 ZnO 나노세선이 성장함을 확인하였고, 성장 시간이 길어짐에 따라 (101) 성장방향의 XRD 피크의 세기가 증가하였다. 전기화학증착시 Al 도핑 농도 증가에 따라 ZnO 나노세선의 지름이 200 nm에서 300 nm로 변화하는 것을 주사전자현미경으로 관측하였다. 이 실험 결과는 전기화학증착방법을 사용하여 제작한 ZnO 나노세선의 Al 도핑 농도에 따른 구조적 특성들을 최적화하여 소자제작에 응용하는데 도움이 됨을 보여주고 있다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2009.06a
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• pp.151-151
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• 2009

Recently, there has been increasing interest in amorphous oxide semiconductors to find alternative materials for an amorphous silicon or organic semiconductor layer as a channel in thin film transistors(TFTs) for transparent electronic devices owing to their high mobility and low photo-sensitivity. The fabriction of amorphous oxide-based TFTs at room temperature on plastic substrates is a key technology to realize transparent flexible electronics. Amorphous oxides allows for controllable conductivity, which permits it to be used both as a transparent semiconductor or conductor, and so to be used both as active and source/drain layers in TFTs. One of the materials that is being responsible for this revolution in the electronics is indium-zinc-tin oxide(IZTO). Since this is relatively new material, it is important to study the properties of room-temperature deposited IZTO thin films and exploration in a possible integration of the material in flexible TFT devices. In this research, we deposited IZTO thin films on polyethylene naphthalate substrate at room temperature by using magnetron sputtering system and investigated their properties. Furthermore, we revealed the fabrication and characteristics of top-gate-type transparent TFTs with IZTO layers, seen in Fig. 1. The experimental results show that by varying the oxygen flow rate during deposition, it can be prepared the IZTO thin films of two-types; One a conductive film that exhibits a resistivity of $2\times10^{-4}$ ohm${\cdot}$cm; the other, semiconductor film with a resistivity of 9 ohm${\cdot}$cm. The TFT devices with IZTO layers are optically transparent in visible region and operate in enhancement mode. The threshold voltage, field effect mobility, on-off current ratio, and sub-threshold slope of the TFT are -0.5 V, $7.2\;cm^2/Vs$, $\sim10^7$ and 0.2 V/decade, respectively. These results will contribute to applications of select TFT to transparent flexible electronics.

• Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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• v.50 no.7
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• pp.115-121
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• 2013

We fabricated thin film transistors (TFTs) using TiInZnO(TiIZO) thin films as active channel layer. The thin films of TiIZO were deposited at room temperature by RF-magnetron co-sputtering system from InZnO(IZO) and Ti targets. We examined the effects of titanium addition by X-ray diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy and the electrical characteristics of the TFTs. The TiIZO TFTs were investigated according to the radio-frequency power applied to the Ti target. We found that the transistor on-off currents were greatly influenced by the composition of titanium addition, which suppressed the formation of oxygen vacancies, because of the stronger oxidation tendency of Ti relative to that of Zn or In. A optimized TiIZO TFT with rf power 40W of Ti target showed good performance with an on/off current ratio greater than $10^5$, a field-effect mobility of 2.09 [$cm^2/V{\cdot}s$], a threshold voltage of 2.2 [V] and a subthreshold swing of 0.492 [V/dec.].

• Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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• v.20 no.7
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• pp.6-13
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• 2006

Tin doped indium oxide(ITO) and Al doped zinc oxide(ZnO:Al) films, which are widely used as a transparent conductor in optoelectronic devices, were prepared by using the capacitively coupled DC magnetron sputtering method. ITO and ZnO:Al films with the optimum growth conditions showed each resistivity of $1.67{\times}10^{-3}[{\Omega}-cm],\;2.2{\times}10^{-3}[{\Omega}-cm]$ and transmittance of 89.61[%], 90.88[%] in the wavelength range of the visible spectrum. The two types of 5 inch-PDP cells with ZnO:Al and ITO transparent electrodes were made under the same manufacturing conditions. The PDP cell with ZnO:Al film was optimally operated in the mixing gas rate of Ne(base)-Xe(8[%]), and at gas pressure of 400[Torr]. It also shows the average measured brightness of $836[cd/m^2]$ at voltage range of $200{\sim}300$[V]. Luminous efficiency, one of the key parameter for high brightness and low power consumption, ranges from 1.2 to 1.6[lm/W] with increasing frequency of ac power supplier from 10 to 50[Khz]. The brightness and luminous efficiency are lower than those with ITO electrode by about 10[%]. However, these values are considered to be enough for the normal operation of PDP TV.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.42.2-42.2
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• 2010

Transparent conducting oxides (TCOs) are of significant importance for their applications in various devices, such as light-emitting diodes, thin-film solar cells, organic light-emitting diodes, liquid crystal displays, and so on. In order for TCOs to contribute to the performance improvement of these devices, TCOs should have high transmittance and good electrical properties simultaneously. Sn-doped $In_2O_3$ (ITO) is the most commonly used TCO. However, indium is toxic and scarce in nature. Thus, ZnO has attracted a lot of attention because of the possibility for replacing ITO. In particular, group III impurity-doped ZnO showed the optoelectronic properties comparable to those of ITO electrodes. Al-doped ZnO exhibited the best performance among various doped ZnO films because of the high substitutional doping efficiency. However, in order for the Al-doped ZnO to replace ITO in electronic devices, their electrical and optical properties should further significantly be improved. In this connection, different ways such as a variation of deposition conditions, different deposition techniques, and post-deposition annealing processes have been investigated so far. Among the deposition methods, RF magnetron sputtering has been extensively used because of the easiness in controlling deposition parameters and its fast deposition rate. In addition, when combined with post-deposition annealing in a reducing ambient, the optoelectronic properties of Al-doped ZnO films were found to be further improved. In this presentation, we deposited Al-doped ZnO (ZnO:$Al_2O_3$ = 98:2 wt%) thin films on the glass and sapphire substrates using RF magnetron sputtering as a function of substrate temperature. In addition, the ZnO samples were annealed in different conditions, e.g., rapid thermal annealing (RTA) at $900^{\circ}C$ in $N_2$ ambient for 1 min, tube-furnace annealing at $500^{\circ}C$ in $N_2:H_2$=9:1 gas flow for 1 hour, or RTA combined with tube-furnace annealing. It is found that the mobilities and carrier concentrations of the samples are dependent on growth temperature followed by one of three subsequent post-deposition annealing conditions.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.311-311
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• 2016

최근 고성능 디스플레이 개발이 요구되면서 기존 비정질 실리콘(a-Si)을 대체할 산화물 반도체에 대한 연구 관심이 급증하고 있다. 여러 종류의 산화물 반도체 중 a-IGZO (amorphous indium-gallium-zinc oxide)가 높은 전계효과 이동도, 저온 공정, 넓은 밴드갭으로 인한 투명성 등의 장점을 가지며 가장 연구가 활발하게 보고되고 있다. 기존에는 SG(단일 게이트) TFT가 주로 제작 되었지만 본 연구에서는 DG(이중 게이트) 구조를 적용하여 고성능의 a-IGZO 기반 박막 트랜지스터(TFT)를 구현하였다. SG mode에서는 하나의 게이트가 채널 전체 영역을 제어하지만, double gate mode에서는 상, 하부 두 개의 게이트가 동시에 채널 영역을 제어하기 때문에 채널층의 형성이 빠르게 이루어지고, 이는 TFT 스위칭 속도를 향상시킨다. 또한, 상호 모듈레이션 효과로 인해 S.S(subthreshold swing)값이 낮아질 뿐만 아니라, 상(TG), 하부 게이트(BG) 절연막의 계면 산란 현상이 줄어들기 때문에 이동도가 향상되고 누설전류 감소 및 안정성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다. Dual gate mode로 동작을 시키면, TG(BG)에는 일정한 positive(or negative)전압을 인가하면서 BG(TG)에 전압을 가해주게 된다. 이 때, 소자의 채널층은 depletion(or enhancement) mode로 동작하여 다른 전기적인 특성에는 영향을 미치지 않으면서 문턱 전압을 쉽게 조절 할 수 있는 장점도 있다. 제작된 소자는 p-type bulk silicon 위에 thermal SiO2 산화막이 100 nm 형성된 기판을 사용하였다. 표준 RCA 클리닝을 진행한 후 BG 형성을 위해 150 nm 두께의 ITO를 증착하고, BG 절연막으로 두께의 SiO2를 300 nm 증착하였다. 이 후, 채널층 형성을 위하여 50 nm 두께의 a-IGZO를 증착하였고, 소스/드레인(S/D) 전극은 BG와 동일한 조건으로 ITO 100 nm를 증착하였다. TG 절연막은 BG 절연막과 동일한 조건에서 SiO2를 50 nm 증착하였다. TG는 S/D 증착 조건과 동일한 조건에서, 150 nm 두께로 증착 하였다. 전극 물질과, 절연막 물질은 모두 RF magnetron sputter를 이용하여 증착되었고, 또한 모든 patterning 과정은 표준 photolithography, wet etching, lift-off 공정을 통하여 이루어졌다. 후속 열처리 공정으로 퍼니스에서 질소 가스 분위기, $300^{\circ}C$ 온도에서 30 분 동안 진행하였다. 결과적으로 $9.06cm2/V{\cdot}s$, 255.7 mV/dec, $1.8{\times}106$의 전계효과 이동도, S.S, on-off ratio값을 갖는 SG와 비교하여 double gate mode에서는 $51.3cm2/V{\cdot}s$, 110.7 mV/dec, $3.2{\times}108$의 값을 나타내며 훌륭한 전기적 특성을 보였고, dual gate mode에서는 약 5.22의 coupling ratio를 나타내었다. 따라서 산화물 반도체 a-IGZO TFT의 이중게이트 구조는 우수한 전기적 특성을 나타내며 차세대 디스플레이 시장에서 훌륭한 역할을 할 것으로 기대된다.

• 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.

• Journal of IKEEE
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• v.25 no.3
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• pp.501-505
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• 2021

In this study, we fabricated amorphous indium-tin-gallium-zinc-oxide thin-film transistors (a-ITGZO TFTs) with gate dielectrics of HfO₂ and the mixed layers of HfO₂ and Al₂O₃, and investigated the effect of gate dielectric on electrical characteristics of a-ITGZO TFTs. When only HfO₂ was used as the gate dielectric, the mobility and subthreshold swing (SS) were 32.3 cm²/Vs and 206 mV/dec. For the a-ITGZO TFTs with gate dielectric made of HfO₂ and Al₂O (2:1, 1:1), the mobilities and SS were 26.4 cm²/Vs (2:1), 16.8 cm²/Vs(1:1), 160 mV/dec (2:1) and 173 mV/dec (1:1). On the other hand, the hysteresis window shown in transfer curves of the a-ITGZO TFTs was lessened from 0.60 to 0.09 V by the increase of Al₂O₃ ratio in gate dielectric, indicating that the interface trap density between the gate dielectric and channel layer decreases due to Al₂O₃.