Transactions on Electrical and Electronic Materials
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제16권1호
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pp.34-36
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2015
Amorphous SiZnSnO(SZTO) thin film transistors(TFTs) have been fabricated by RF magnetron sputtering process, and they were annealed in air and in wet ambient. The electrical performance and the structure were analyzed by I-V measurement, XPS, AFM, and XRD. The results showed improvement in device performance by wet annealing process compared to air annealing treatment, because free electron was shown to be increased due to reaction of oxygen and hydrogen generating oxygen vacancy. This is understood by the generation of free electrons. We expect the wet annealing process to be a promising candidate to contributing to high electrical performance of oxide thin film transistors for backplane device applications.
Interest in nano-crystalline silicon (nc-Si) thin films has been growing because of their favorable processing conditions for certain electronic devices. In particular, there has been an increase in the use of nc-Si thin films in photovoltaics for large solar cell panels and in thin film transistors for large flat panel displays. One of the most important material properties for these device applications is the macroscopic charge-carrier mobility. Hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) or nc-Si is a basic material in thin film transistors (TFTs). However, a-Si:H based devices have low carrier mobility and bias instability due to their metastable properties. The large number of trap sites and incomplete hydrogen passivation of a-Si:H film produce limited carrier transport. The basic electrical properties, including the carrier mobility and stability, of nc-Si TFTs might be superior to those of a-Si:H thin film. However, typical nc-Si thin films tend to have mobilities similar to a-Si films, although changes in the processing conditions can enhance the mobility. In polycrystalline silicon (poly-Si) thin films, the performance of the devices is strongly influenced by the boundaries between neighboring crystalline grains. These grain boundaries limit the conductance of macroscopic regions comprised of multiple grains. In much of the work on poly-Si thin films, it was shown that the performance of TFTs was largely determined by the number and location of the grain boundaries within the channel. Hence, efforts were made to reduce the total number of grain boundaries by increasing the average grain size. However, even a small number of grain boundaries can significantly reduce the macroscopic charge carrier mobility. The nano-crystalline or polymorphous-Si development for TFT and solar cells have been employed to compensate for disadvantage inherent to a-Si and micro-crystalline silicon (${\mu}$-Si). Recently, a novel process for deposition of nano-crystralline silicon (nc-Si) thin films at room temperature was developed using neutral beam assisted chemical vapor deposition (NBaCVD) with a neutral particle beam (NPB) source, which controls the energy of incident neutral particles in the range of 1~300 eV in order to enhance the atomic activation and crystalline of thin films at room temperature. In previous our experiments, we verified favorable properties of nc-Si thin films for certain electronic devices. During the formation of the nc-Si thin films by the NBaCVD with various process conditions, NPB energy directly controlled by the reflector bias and effectively increased crystal fraction (~80%) by uniformly distributed nc grains with 3~10 nm size. The more resent work on nc-Si thin film transistors (TFT) was done. We identified the performance of nc-Si TFT active channeal layers. The dependence of the performance of nc-Si TFT on the primary process parameters is explored. Raman, FT-IR and transmission electron microscope (TEM) were used to study the microstructures and the crystalline volume fraction of nc-Si films. The electric properties were investigated on Cr/SiO2/nc-Si metal-oxide-semiconductor (MOS) capacitors.
Recently, poly-Si TFT-LCD starts to be mass produced using excimer laser annealing (ELA) poly-Si. The main reason for this is the good quality poly-Si and large area uniformity. We report the influence of channel length and width on poly-Si TITs performance. Transfer characteristics of n-channel poly-Si thin film transistors fabricated on polycrystalline silicon (poly-Si) thin film transistors (TFTs) with various channel lengths and widths of $2-30{\mu}m$ has been investigated. In this paper, we analyzed the data of n-type TFTs. We studied threshold voltage ($V_{TH}$), on/off current ratio ($I_{ON}/I_{OFF}$), saturation current (I_{DSAT}$), and transconductance ($g_m$) of n-channel poly-Si thin film transistors with various channel lengths and widths.
In-Ga-Zn-O(IGZO) receive great attention as a channel material for thin film transistors(TFTs) as next-generation display panel backplanes due to its superior electrical and physical properties such as a high mobility, low off-current, high sub-threshold slope, flexibility, and optical transparency. For the purpose of fabricating high performance IGZO TFTs, a thermal recovery process above a temperature of $300^{\circ}C$ is required for recovery or rearrangement of the ionic bonding structure. However diffused metal atoms from source/drain(S/D) electrodes increase the channel conductivity through the oxidation of diffused atoms and reduction of $In_2O_3$ during the thermal recovery process. Threshold voltage ($V_{TH}$) shift, one of the electrical instability, restricts actual applications of IGZO TFTs. Therefore, additional investigation of the electrical stability of IGZO TFTs is required. In this paper, we demonstrate the effect of Ti diffusion and modulation of interface traps by carrying out an annealing process on IGZO. In order to investigate the effect of diffused Ti atoms from the S/D electrode, we use secondary ion mass spectroscopy (SIMS), X-ray photoelectron spectroscopy, HSC chemistry simulation, and electrical measurements. By thermal annealing process, we demonstrate VTH shift as a function of the channel length and the gate stress. Furthermore, we enhance the electrical stability of the IGZO TFTs through a second thermal annealing process performed at temperature $50^{\circ}C$ lower than the first annealing step to diffuse Ti atoms in the lateral direction with minimal effects on the channel conductivity.
한국정보디스플레이학회 2008년도 International Meeting on Information Display
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pp.620-621
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2008
Transparent electronics has been one of the key terminologies forecasting the ubiquitous technology era. Several researchers have thus extensively developed transparent oxide-based thin-film transistors (TFTs) on glass and plastic substrates although in general high voltage operating devices have been mainly studied considering transparent display drivers. However, low voltage operating oxide TFTs with transparent electrodes are very necessary if we are aiming at logic circuit applications, for which transparent complementary or one-type channel inverters are required. The most effective and low power consuming inverter should be a form of complementary p-channel and n-channel transistors but real application of those complementary TFT inverters also requires electrical- and even photo-stabilities. Since p-type oxide TFTs have not been developed yet, we previously adopted organic pentacene TFTs for the p-channel while ZnO TFTs were chosen for n-channel on sputter-deposited $AlO_x$ film. As a result, decent inverting behavior was achieved but some electrical gate instability was unavoidable at the ZnO/$AlO_x$ channel interface. Here, considering such gate instability issues we have designed a unique transparent complementary TFT (CTFTs) inverter structure with top n-ZnO channel and bottom p-pentacene channel based on 12 nm-thin nano-oxide/self assembled monolayer laminated dielectric, which has a large dielectric strength comparable to that of thin film amorphous $Al_2O_3$. Our transparent CTFT inverter well operate under 3 V, demonstrating a maximum voltage gain of ~20, good electrical and even photoelectric stabilities. The device transmittance was over 60 % and this type of transparent inverter has never been reported, to the best of our limited knowledge.
비정질 인듐-갈륨-아연 산화물 박막트랜지스터를 모델링 하여서, 능동층의 구조, 두께, 평형상태의 전자밀도에 대응하는 박막트랜지스터의 특성을 연구하였다. 단일 능동층 박막트랜지스터의 경우, 능동층이 얇을 때 높은 전계효과이동도를 보였다. 문턱전압의 절대값은 능동층의 두께가 20 nm일 때 최저치를 보였으며, 문턱전압이하 기울기는 두께에 대한 의존성을 보이지 않았다. 복층구조 능동층의 경우, 하부의 능동층이 높은 평형상태 전자밀도를 가질 때보다 우수한 스위칭 특성을 보였다. 이 경우에도 능동층의 두께가 얇을 때에 높은 전계효과 이동도를 보였다. 높은 평형상태 전자밀도의 능동층의 두께를 증가시키면 문턱전압은 음의 방향으로 이동하였다. 문턱전압이하 기울기는 능동층의 구조에 대하여 특별한 의존성을 보이지 않았다. 이상과 같은 데이터는 산화물반도체 박막트랜지스터 능동층의 구조, 두께, 도핑비율을 최적화함에 효과적으로 사용될 것으로 기대된다.
Indium-zinc-oxide (IZO) films were deposited at room temperature via RF sputtering with varying the flow rate of additive nitrogen gas ($N_2$). Thin film transistors (TFTs) with an inverted staggered configuration were fabricated by employing the various IZO films, such as $N_2$-added and pure (i.e., w/o $N_2$-added), as active channel layers. For all the deposited IZO films, effects of additive $N_2$ gas on their deposition rates, electrical resistivities, optical transmittances and bandgaps, and chemical structures were extensively investigated. Transfer characteristics of the IZO-based TFTs were measured and characterized in terms of the flow rate of additive $N_2$ gas. The experimental results indicated that the transistor action occurred when the $N_2$-added (with $N_2$ flow rate of 0.4-1.0 sccm) IZO films were used as the active layer, in contrast to the case of using the pure IZO film.
Thin film transistors (TFTs) based on oxide semiconductors have emerged as a promising technology, particularly for active-matrix TFT-based backplanes. Currently, an amorphous oxide semiconductor, such as InGaZnO, has been adopted as the channel layer due to its higher electron mobility. However, accurate and repeatable control of this complex material in mass production is not easy. Therefore, simpler polycrystalline materials, such as ZnO and $SnO_2$, remain possible candidates as the channel layer. Inparticular, ZnO-based TFTs have attracted considerable attention, because of their superior properties that include wide bandgap (3.37eV), transparency, and high field effect mobility when compared with conventional amorphous silicon and polycrystalline silicon TFTs. There are some technical challenges to overcome to achieve manufacturability of ZnO-based TFTs. One of the problems, the stability of ZnO-based TFTs, is as yet unsolved since ZnO-based TFTs usually contain defects in the ZnO channel layer and deep level defects in the channel/dielectric interface that cause problems in device operation. The quality of the interface between the channel and dielectric plays a crucial role in transistor performance, and several insulators have been reported that reduce the number of defects in the channel and the interfacial charge trap defects. Additionally, ZnO TFTs using a high quality interface fabricated by a two step atomic layer deposition (ALD) process showed improvement in device performance In this study, we report the fabrication of high performance ZnO TFTs with a $Si_3N_4$ gate insulator treated using plasma. The interface treatment using electron cyclotron resonance (ECR) $O_2$ plasma improves the interface quality by lowering the interface trap density. This process can be easily adapted for industrial applications because the device structure and fabrication process in this paper are compatible with those of a-Si TFTs.
Kim, Dae-Yop;Lee, Jae-Hyuk;Kang, Dou-Youl;Choi, Jong-Sun;Kim, Young-Kwan;Shin, Dong-Myung
한국정보디스플레이학회:학술대회논문집
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한국정보디스플레이학회 2000년도 제1회 학술대회 논문집
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pp.69-70
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2000
There are currently considerable interest in the applications of conjugated polymers, oligomers, and small molecules for thin-film electronic devices. Organic materials have potential advantages to be utilized as semiconductors in field-effect transistors and light-emitting diodes. In this study, pentacene thin-film transistors (TFTs) were fabricated on glass substrate. Aluminums were used for gate electrodes. Silicon dioxide was deposited as a gate insulator by PECVD and patterned by reactive ion etching (R.I.E). Gold was used for the electrodes of source and drain. The active semiconductor pentacene layer was thermally evaporated in vacuum at a pressure of about $10^{-8}$ Torr and a deposition rate $0.3{\AA}/s$. The fabricated devices exhibited the field-effect mobility as large as 0.07 $cm^2/V.s$ and on/off current ratio as larger than $10^7$.
Recently, Thin-film transistors (TFTs) are fundamental building blocks for state-of-the-art microelectronics, such as flat-panel displays and system-on-glass. Zinc oxide thin films have the advantage that they can grow at low temperature and can obtain high charge movility. Also the zinc oxide thin film can be used to control the resistance according to the oxygen content, so it is very easy to obtain the desired physical properties. In this paper, we fabricated a zinc oxide thin film on a polished copper substrate through a solution process, then improved the crystallinity through a geat treatment porcess, and studied to transfer it on a flexible substrate after the heat treatment was completed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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