• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.99-99
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• 2014

Transparent oxide semiconductors (TOSs) are. currently attracting attention for application to transparent electrodes in optoelectronic devices and active channel layers in thin-film transistors. One of the key issues for the realization of next generation transparent electronic devices such as transparent complementary metal-oxide-semiconductor thin-film transistors (CMOS TFTs), transparent wall light, sensors, and transparent solar cell is to develop p-type TOSs. In this talks, I will introduce issues and status related to p-type TOSs such as LnCuOQ (Ln=lanthanide, Q=S, Se), $SrCu_2O_2$, $CuMO_2$ (M=Al, Ga, Cr, In), ZnO, $Cu_2O$ and SnO. The growth and properties of SnO and Cu-based oxides and their application to electronic devices will be discussed.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2007.11a
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• pp.166-166
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• 2007

ZnO는 육방정계(wurtzite) 결정구조를 지니며 상온에서 3.37eV의 wide band gap을 갖는다. ZnO의 엑시톤 결합 에너지는 GaN에 비해 2.5배 높은 60meV로서 고효율의 광소자 적용 가능성이 높다. 또한 고품위의 박막합성이 가능하다. 이러한 특성 때문에 display소자의 투명전극, 광전소자, 바리스터, 압전소자, 가스센서 등에 폭 넓게 응용되고 있다. ZnO박막의 제조는 스퍼터링, CVD, 진공증착법, 열분해법 등이 있다. 본 논문에서는 RF 마그네트론 스퍼터에 의해 제작된 ZnO 박막에 CMP공정을 수행하여 연마율과 비균일도 특성 및 광투과 특성을 연구하였다. ZnO박막은 $2{\times}2Cm$의 Corning glass위에 증착되었다. 로터리 펌프와 유확산 펌프를 이용하여 초기진공을 $2{\times}10^{-6}$ Torr까지 도달시킨 후 Ar과 $O_2$를 주입하였다. 증착은 상온에서 이루어졌으며 공정압력은 $6{\times}10^{-2}$Torr이였다. 초기의 불안정한 상태의 풀라즈마를 안정시키기 위해 셔터를 이용하여 pre-sputtering을 하였다. CMP 공정조건은 플레이튼 속도, 슬러리 유속, 압력은 칵각 60rpm, 90ml/min, $300g/cm^2$으로 일정하게 유지하였으며 헤드속도는 20rpm에서 100rpm까지 증가시키면서 연마특성을 조사하였다. 실리카슬러리의 적합성을 알아보기 위해 DIW와 병행하여 CMP공정을 수행하고 비교 분석하였다. CMP공정 결과 광투과도는 굉탄화된 표면의 확보로 인해 향상된 특성을 보였다. 실리카 슬러리를 사용하여 CMP를 할 경우는 헤드속도는 저속으로 하여야 양호한 연마특성을 얻을 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.264-264
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• 2016

최근에 charge trap flash (CTF) 기술은 절연막에 전하를 트랩과 디트랩 시킬 때 인접한 셀 간의 간섭현상을 최소화하여 오동작을 줄일 수 있으며 낸드 플래시 메모리 소자에 적용되고 있다. 낸드 플래시 메모리는 고집적화, 대용량화와 비휘발성 등의 장점으로 인해 핸드폰, USB, MP3와 컴퓨터 등에 이용되고 있다. 기존의 실리콘 기반의 플래시 메모리 소자는 좁은 밴드갭으로 인해 투명하지 않고 고온에서의 공정이 요구되는 문제점이 있다. 따라서, 이러한 문제점을 개선하기 위해 실리콘의 대체 물질로 산화물 반도체 기반의 플래시 메모리 소자들이 연구되고 있다. 산화물 반도체 기반의 플래시 메모리 소자는 넓은 밴드갭으로 인한 투명성을 가지고 있으며 저온에서 공정이 가능하여 투명하고 유연한 기판에 적용이 가능하다. 다양한 산화물 반도체 중에서 비정질 In-Ga-Zn-O (a-IGZO)는 비정질임에도 불구하고 우수한 전기적인 특성과 화학적 안정성을 갖기 때문에 많은 관심을 받고 있다. 플래시 메모리의 고집적화가 요구되면서 절연막에 high-k 물질을 atomic layer deposition (ALD) 방법으로 적용하고 있다. ALD 방법을 이용하면 우수한 계면 흡착력과 균일도를 가지는 박막을 정확한 두께로 형성할 수 있는 장점이 있다. 또한, high-k 물질을 절연막에 적용하면 높은 유전율로 인해 equivalent oxide thickness (EOT)를 줄일 수 있다. 특히, HfOx와 AlOx가 각각 trap layer와 blocking layer로 적용되면 program/erase 동작 속도를 증가시킬 수 있으며 넓은 밴드갭으로 인해 전하손실을 크게 줄일 수 있다. 따라서 본 연구에서는 ALD 방법으로 AlOx와 HfOx를 게이트 절연막으로 적용한 a-IGZO 기반의 thin-film transistor (TFT) 플래시 메모리 소자를 제작하여 메모리 특성을 평가하였다. 제작 방법으로는, p-Si 기판 위에 열성장을 통한 100 nm 두께의 SiO2를 형성한 뒤, 채널 형성을 위해 RF sputter를 이용하여 70 nm 두께의 a-IGZO를 증착하였다. 이후에 소스와 드레인 전극에는 150 nm 두께의 In-Sn-O (ITO)를 RF sputter를 이용하여 증착하였고, ALD 방법을 이용하여 tunnel layer에 AlOx 5 nm, trap layer에 HfOx 20 nm, blocking layer에 AlOx 30 nm를 증착하였다. 최종적으로, 상부 게이트 전극을 형성하기 위해 electron beam evaporator를 이용하여 platinum (Pt) 150 nm를 증착하였고, 계면 결함을 최소화하기 위해 퍼니스에서 질소 가스 분위기, $400^{\circ}C$, 30 분의 조건으로 열처리를 했다. 측정 결과, 103 번의 program/erase를 반복한 endurance와 104 초 동안의 retention 측정으로부터 큰 열화 없이 메모리 특성이 유지되는 것을 확인하였다. 결과적으로, high-k 물질과 산화물 반도체는 고성능과 고집적화가 요구되는 향후 플래시 메모리의 핵심적인 물질이 될 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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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.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2009.06a
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• pp.108-109
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• 2009

In this study we investigated the characteristics of GZOB thin film on $O_2$ plasma treated Polycarbonate substrate using DC magnetron sputtering method. In our experiments results, GZOB thin film on $O_2$ plasma treated Polycarbonate substrate showed low resistivity than As-grown GZOB thin film, and visible transmission of 85% with a thickness 400 nm. Compared with As-Grown the electrical properties of GZOB were relatively improved by $O_2$ plasma treated substrate. From these results, we could confirm the suitable GZOB thin films for transparent electrode.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.276-276
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• 2014

High-performance, fully-transparent, and top-gated oxide thin-film transistor (TFT) was successfully fabricated with Ta2O5 high-k gate dielectric on a glass substrate. Through a self-passivation with the gate dielectric and top electrode, the top-gated oxide TFT was not affected from H2O and O2 causing the electrical instability. Heat-treated InSnO (ITO) was used as the top and source/drain electrode with a low resistance and a transparent property in visible region. A InGaZnO (IGZO) thin-film was used as a active channel with a broad optical bandgap of 3.72 eV and transparent property. In addition, using a X-ray diffraction, amorphous phase of IGZO thin-film was observed until it was heat-treated at 500 oC. The fabricated device was demonstrated that an applied electric field efficiently controlled electron transfer in the IGZO active channel using the Ta2O5 gate dielectric. With the transparent ITO electrodes and IGZO active channel, the fabricated oxide TFT on a glass substrate showed optical transparency and high carrier mobility. These results expected that the top-gated oxide TFT with the high-k gate dielectric accelerates the realization of presence of fully-transparent electronics.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.543-543
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• 2013

Thin-film transistors (TFTs) based on oxide semiconductors have been regarded as promising alternatives for conventional amorphous and polycrystalline silicon TFTs. Oxide TFTs have several advantages, such as low temperature processing, transparency and high field-effect mobility. Lots of oxide semiconductors for example ZnO, SnO2, In2O3, InZnO, ZnSnO, and InGaZnO etc. have been researched. Particularly, zinc-tin oxide (ZTO) is suitable for channel layer of oxide TFTs having a high mobility that Sn in ZTO can improve the carrier transport by overlapping orbital. However, some issues related to the ZTO TFT electrical performance still remain to be resolved, such as obtaining good electrical contact between source/drain (S/D) electrodes and active channel layer. In this study, the bottom-gate type ZTO TFTs with staggered structure were prepared. Thin films of ZTO (40 nm thick) were deposited by DC magnetron sputtering and performed at room temperature in an Ar atmosphere with an oxygen partial pressure of 10%. After annealing the thin films of ZTO at $400^{\circ}C$ or an hour, Cu, Mo, ITO and Ti electrodes were used for the S/D electrodes. Cu, Mo, ITO and Ti (200 nm thick) were also deposited by DC magnetron sputtering at room temperature. The channel layer and S/D electrodes were defined using a lift-off process which resulted in a fixed width W of 100 ${\mu}m$ and channel length L varied from 10 to 50 ${\mu}m$. The TFT source/drain series resistance, the intrinsic mobility (${\mu}i$), and intrinsic threshold voltage (Vi) were extracted by transmission line method (TLM) using a series of TFTs with different channel lengths. And the performances of ZTO TFTs were measured by using HP 4145B semiconductor analyzer. The results showed that the Cu S/D electrodes had a high intrinsic field effect mobility and a low effective contact resistance compared to other electrodes such as Mo, ITO and Ti.

• Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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• v.19 no.6
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• pp.1393-1398
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• 2015

In this study, the electrical and optical properties of GZO (Ga-doped ZnO) thin films prepared on PES substrates by RF magnetron sputtering method with various working pressures (5 to 20 mTorr) were investigated. All GZO thin films exhibited c-axis preferential growth regardless of working pressure, the GZO thin film deposited at 5 mTorr showed the most excellent crystallinity having 0.44˚ of FWHM. In AFM observations, surface roughness exhibited the lowest value of 0.20 nm in a thin film produced by the working pressure 5 mTorr. Figure of merits of GZO thin film deposited at 5 mTorr showed the highest value of 6652, in this case resistivity and average transmittance in the visible light region were 6.93×10^-4Ω-cm and 81.4%, respectively. We could observed the Burstein-Moss effect that carrier concentration decrease with the increase of working pressure and thus the energy band gap is narrowed.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.466-468
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• 2012

Amorphous InGaZnO (${\alpha}$-IGZO) thin-film transistors (TFTs) are are very promising due to their potential use in thin film electronics and display drivers [1]. However, the stability of AOS-TFTs under the various stresses has been issued for the practical AOSs applications [2]. Up to now, many researchers have studied to understand the sub-gap density of states (DOS) as the root cause of instability [3]. Nomura et al. reported that these deep defects are located in the surface layer of the ${\alpha}$-IGZO channel [4]. Also, Kim et al. reported that the interfacial traps can be affected by different RF-power during RF magnetron sputtering process [5]. It is well known that these trap states can influence on the performances and stabilities of ${\alpha}$-IGZO TFTs. Nevertheless, it has not been reported how these defect states are created during conventional RF magnetron sputtering. In general, during conventional RF magnetron sputtering process, negative oxygen ions (NOI) can be generated by electron attachment in oxygen atom near target surface and accelerated up to few hundreds eV by self-bias of RF magnetron sputter; the high energy bombardment of NOIs generates bulk defects in oxide thin films [6-10] and can change the defect states of ${\alpha}$-IGZO thin film. In this paper, we have confirmed that the NOIs accelerated by the self-bias were one of the dominant causes of instability in ${\alpha}$-IGZO TFTs when the channel layer was deposited by conventional RF magnetron sputtering system. Finally, we will introduce our novel technology named as Magnetic Field Shielded Sputtering (MFSS) process [9-10] to eliminate the NOI bombardment effects and present how much to be improved the instability of ${\alpha}$-IGZO TFTs by this new deposition method.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.30 no.11
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• pp.615-620
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• 2020

Oxide semiconductor, represented by a-IGZO, has been commercialized in the market as active layer of TFTs of display backplanes due to its various advantages over a-Si. a-IGZO can be deposited at room temperature by RF magnetron sputtering process; however, additional thermal annealing above 300℃ is required to obtain good semiconducting properties and stability. These temperature are too high for common flexible substrates like PET, PEN, and PI. In this work, effects of microwave annealing time on IGZO thin film and associated thin-film transistors are demonstrated. As the microwave annealing time increases, the electrical properties of a-IGZO TFT improve to a degree similar to that during thermal annealing. Optimal microwave annealed IGZO TFT exhibits mobility, SS, V_th, and V_H of 6.45 ㎠/Vs, 0.17 V/dec, 1.53 V, and 0.47 V, respectively. PBS and NBS stability tests confirm that microwave annealing can effectively improve the interface between the dielectric and the active layer.