• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.104-104
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• 2010

현재 디스플레이 시장은 급변하게 변화하고 있다. 특히, 비정질 실리콘의 경우 디스플레이의 채널층으로 주로 상용화되어 왔다. 비정질 실리콘 기반의 박막 트랜지스터는 제작의 경제성 및 균일성을 가지고 있어서 널리 상용화되고 있다. 하지만 비정질 실리콘의 경우 낮은 전자 이동도(< $1\;cm^2/Vs$)로 인하여 디스플레이의 대면적화에 부적합하며, 광학적으로 불투명한 특성을 갖기 때문에 차세대 디스플레이의 응용에 불리한 점이 있다. 이런 문제점의 대안으로 현재 국내외 여러 연구 그룹에서 산화물 기반의 반도체를 박막 트랜지스터의 채널층으로 사용하려는 연구가 진행중이다. 산화물 기반의 반도체는 밴드갭이 넓어서 광학적으로 투명하고, 상온에서 증착이 가능하며, 비정질 실리콘에 비해 월등히 우수한 이동도를 가짐으로 디스플레이의 대면적화에 유리하다. 특히 Zinc Oxide, Tin Oxide, Titanum Oxide등의 산화물이 연구되고 있으며, indium이나 aluminum등을 첨가하여 전기적인 특성을 향상시키려는 노력을 보이고 있다. Tin oxide의 경우 천연적으로 풍부한 자원이며, 낮은 가격이 큰 이점으로 작용을 한다. 또한, $SnO_2$의 경우 ITO나 ZnO 열적으로 화학적 과정에서 더 안정하다고 알려져 있다. 본 연구에서는 $SnO_2$ 기반의 박막 트랜지스터를 DC magnetron sputtering를 이용하여 상온에서 제작을 하였다. 일반적으로, $SnO_2$의 경우 증착 과정에서 산소 분압 조절과 oxygen vacancy 조절를 통하여 박막의 전도성을 조절할 수 있다. 이렇게 제작된 $SnO_2$의 박막을 High-resolution X-ray diffractometer, photoluminescence spectra, Hall effect measurement를 이용하여 전기적 및 광학적 특성을 알 수 있다. 그리고 후열처리 통하여 박막의 전기적 특성 변화를 확인하였다. gate insulator의 처리를 통하여 thin film의 interface의 trap density를 감소시킴으로써 소자의 성능 향상을 시도하였다. 그리고 semiconductor analyzer로 소자의 출력 특성 및 전이 특성을 평가하였다. 그리고 Temperature, Bias Temperature stability, 경시변화 등의 다양한 조건에서의 안정성을 평가하여 안정성이 확보된다면 비정질 실리콘을 대체할 유력한 후보 중의 하나가 될 것이라고 기대된다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2003년도 추계학술발표강연 및 논문개요집
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• pp.120-120
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• 2003

The metallic oxide nanomaterials including ZnO, Ga$_2$O$_3$, TiO$_2$, and SnO$_2$ have been synthesized by a number of methods including laser ablation, arc discharge, thermal annealing procedure, catalytic growth processes, and vapor transport. We have been interested in preparing the nanomaterials of Ga$_2$O$_3$, which is a wide band gap semiconductor (E$_{g}$ =4.9 eV) and used as insulating oxide layer for all gallium-based semiconductor. Ga$_2$O$_3$ is stable at high temperature and a transparent oxide, which has potential application in optoelectronic devices. The Ga$_2$O$_3$ nanoparticles and nanobelts were produced using GaN single crystals, which were grown by flux method inside SUS$^{TM}$ cell using a Na flux and exhibit plate-like morphologies with 4 ~ 5 mm in size. In these experiments, the conventional electric furnace was used. GaN single crystals were pulverized in form of powder for the growth of Ga$_2$O$_3$ nanomaterials. The structure, morphology and composition of the products were studied mainly by X-ray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscopy (FESEM), and high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM).).

• Transactions on Electrical and Electronic Materials
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• 제15권6호
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• pp.328-332
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• 2014

Thin film transistors (TFTs) with an amorphous silicon zinc tin oxide (a-2SZTO) channel layer have been fabricated using an RF magnetron sputtering system. The effect of the change of excitation electron on the variation of the total interfacial trap states of a-2SZTO systems was investigated depending on sputtering power, since the interfacial state could be changed by changing sputtering power. It is well known that Si can effectively reduce the generation of the oxygen vacancies. However, The a-2SZTO systems of ZTO doped with 2 wt% Si could be degraded because the Si peripheral electron belonging to a p-orbital affects the amorphous zinc tin oxide (a-ZTO) TFTs of the s-orbital overlap structure. We fabricated amorphous 2 wt% Si-doped ZnSnO (a-2SZTO) TFTs using an RF magnetron sputtering system. The a-2SZTO TFTs show an improvement of the electrical property with increasing power. The a-2SZTO TFTs fabricated at a power of 30 W showed many of the total interfacial trap states. The a-2SZTO TFTs at a power of 30 W showed poor electrical property. However, at 50 W power, the total interfacial trap states showed improvement. In addition, the improved total interfacial states affected the thermal stress of a-2SZTO TFTs. Therefore, a-2SZTO TFTs fabricated at 50 W power showed a relatively small shift of threshold voltage. Similarly, the activation energy of a-2SZTO TFTs fabricated at 50 W power exhibits a relatively large falling rate (0.0475 eV/V) with a relatively high activation energy, which means that the a-2SZTO TFTs fabricated at 50 W power has a relatively lower trap density than other power cases. As a result, the electrical characteristics of a-2SZTO TFTs fabricated at a sputtering power of 50 W are enhanced. The TFTs fabricated by rf sputter should be carefully optimized to provide better stability for a-2SZTO in terms of the sputtering power, which is closely related to the interfacial trap states.

• 한국재료학회지
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• 제33권5호
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• pp.195-204
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• 2023

Micro-electronic gas sensor devices were developed for the detection of carbon monoxide (CO), nitrogen oxides (NO_x), ammonia (NH₃), and formaldehyde (HCHO), as well as binary mixed-gas systems. Four gas sensing materials for different target gases, Pd-SnO₂ for CO, In₂O₃ for NO_x, Ru-WO₃ for NH₃, and SnO₂-ZnO for HCHO, were synthesized using a sol-gel method, and sensor devices were then fabricated using a micro sensor platform. The gas sensing behavior and sensor response to the gas mixture were examined for six mixed gas systems using the experimental data in MEMS gas sensor arrays in sole gases and their mixtures. The gas sensing behavior with the mixed gas system suggests that specific adsorption and selective activation of the adsorption sites might occur in gas mixtures, and allow selectivity for the adsorption of a particular gas. The careful pattern recognition of sensing data obtained by the sensor array made it possible to distinguish a gas species from a gas mixture and to measure its concentration.

• 한국재료학회지
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• 제34권5호
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• pp.235-241
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• 2024

Gas identification techniques using pattern recognition methods were developed from four micro-electronic gas sensors for noxious gas mixture analysis. The target gases for the air quality monitoring inside vehicles were two exhaust gases, carbon monoxide (CO) and nitrogen oxides (NO_x), and two odor gases, ammonia (NH₃) and formaldehyde (HCHO). Four MEMS gas sensors with sensing materials of Pd-SnO₂ for CO, In₂O₃ for NO_X, Ru-WO₃ for NH₃, and hybridized SnO₂-ZnO material for HCHO were fabricated. In six binary mixed gas systems with oxidizing and reducing gases, the gas sensing behaviors and the sensor responses of these methods were examined for the discrimination of gas species. The gas sensitivity data was extracted and their patterns were determined using principal component analysis (PCA) techniques. The PCA plot results showed good separation among the mixed gas systems, suggesting that the gas mixture tests for noxious gases and their mixtures could be well classified and discriminated changes.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.348-348
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• 2014

차세대 디스플레이 구동 회로 소자를 위한 재료로서, Amorphous Oxide Semiconductor (AOS)가 주목받고 있다. AOS는 기존의 Amorphous Silicon과 비교하여 뛰어난 이동도를 가지고 있으며, 넓은 밴드 갭에 의한 투명한 광학적 특성을 가지고 있다. 이러한 장점을 이용하여, AOS 박막은 thin film transistor (TFT)의 active channel로 이용 되고 있다. 하지만, AOS를 이용한 TFT의 경우, 시간이 경과함에 따라 $O_2$ 및 $H_2O$ 흡착에 의해 전기적 특성이 변하는 현상이 있다. 이러한 현상은 소자의 신뢰성에 있어 중요한 문제가 된다. 이러한 문제를 연구하기 위해 본 논문에서는, AOS 박막을 이용하여 bottom 게이트형 TFT를 제작하였다. 이를 위해 먼저, p-type Si 위에 건식산화방식으로 $SiO_2$(100 nm)를 성장시켜 게이트 산화막으로 이용하였다. 그리고 Zn과 Sn이 1: 2의 조성비를 가진 ZnSnO (ZTO) 용액을 제조한 후, 게이트 산화막 위에 spin coating 하였다. Splin coating된 용액에 남아 있는 솔벤트를 제거하기 위해 10분 동안 $230^{\circ}C$로 열처리를 한 후, 포토리소그래피와 에칭 공정을 이용하여 ZTO active channel을 형성하였다. 그 후, 박막 내에 남아 있는 불순물을 제거하고 ZTO TFT의 전기적인 특성을 향상시키기 위하여, $600^{\circ}C$의 열처리를 30분 동안 진행 하여 junctionless형 TFT 제작을 완료 하였다. 제작된 소자의 시간 경과에 따른 열화를 확인하기 위하여, 대기 중에서 2시간마다 HP-4156B 장비를 이용하여 전기적인 특성을 확인 하였으며, 이러한 열화는 후처리 공정을 통하여 회복시킬 수 있었다. 열화의 회복을 위한 후처리 공정으로, 퍼니스를 이용한 고온에서의 열처리와 microwave를 이용하여 저온 처리를 이용하였다. 결과적으로, TFT는 소자가 제작된 이후, 시간에 경과함에 따라서 on/off ratio가 감소하여 열화되는 경향을 보여 주었다. 이러한 현상은, TFT 소자의 ZTO back-channel에 대기 중에 있는 $O_2$ 및 $H_2O$의 분자의 물리적인 흡착으로 인한 것으로 보인다. 그리고 추가적인 후처리 공정들에 통해서, 다시 on/off ratio가 회복 되는 현상을 확인 하였다. 이러한 추가적인 후처리 공정은, 열화된 소자에 퍼니스에 의한 고온에서의 장시간 열처리, microwave를 이용한 저온에서 장시간 열처리, 그리고 microwave를 이용한 저온에서의 단 시간 처리를 수행 하였으며, 모든 소자에서 성공적으로 열화 되었던 전기적 특성이 회복됨을 확인 할 수 있었다. 이러한 결과는, 저온임에도 불구하고, microwave를 이용함으로 인하여, 물리적으로 흡착된 $O_2$ 및 $H_2O$가 짧은 시간 안에 ZTO TFT의 back-channel로부터 탈착이 가능함과 동시에 소자의 특성을 회복 가능 함 의미한다.

• Transactions on Electrical and Electronic Materials
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• 제16권2호
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• pp.62-64
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• 2015

We have investigated zinc tin oxide (ZTO) thin films under various silicon ratios. ZTO TFTs were fabricated by solution processing with the bottom gate structure. Furthermore, annealing process was performed at different temperatures in various annealing conditions, such as air, vacuum and wet ambient. Completed fabrication of ZTO TFT, and the performance of TFT has been compared depending on the annealing conditions by measuring the transfer curve. In addition, structure in ZTO thin films has been investigated by X-ray diffraction spectroscopy (XRD) and Scanning electron microscope (SEM). It is confirmed that the electrical performance of ZTO TFTs are improved by adopting optimized annealing conditions. Optimized annealing condition has been found for obtaining high mobility.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제25권9호
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• pp.677-680
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• 2012

The dependency of annealing temperature on the electrical performances in amorphous silicon-zinc-tin-oxide thin film transistors (SZTO-TFT) has been investigated. The SZTO channel layers were prepared by using radio frequency (RF) magnetron sputtering method with different annealing treatment. The field effect mobility (${\mu}_{FE}$) increased and threshold voltage ($V_{th}$) shifted to negative direction with increasing annealing temperature. As a result, oxygen vacancies generated in SZTO channel layer with increasing annealing temperature resulted in negative shift in $V_{th}$ and increase in on-current.

• Transactions on Electrical and Electronic Materials
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• 제18권3호
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• pp.141-143
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• 2017

Novel structured thin film transistors (TFTs) of amorphous silicon zinc tin oxide (a-SZTO) were designed and fabricated with a thin metal layer between the source and drain electrodes. A SZTO channel was annealed at $500^{\circ}C$. A Ti/Au electrode was used on the SZTO channel. Metals are deposited between the source and drain in this novel structured TFTs. The mobility of the was improved from $14.77cm^2/Vs$ to $35.59cm^2/Vs$ simply by adopting the novel structure without changing any other processing parameters, such as annealing condition, sputtering power or processing pressure. In addition, stability was improved under the positive bias thermal stress and negative bias thermal stress applied to the novel structured TFTs. Finally, this novel structured TFT was observed to be less affected by back-channel effect.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제21권3호
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• pp.578-584
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• 2017

PET (Polyethylene terephthalate) 플라스틱 기판 위에 IZTO (In-Zn-Sn-O) 박막을 증착하기 전에, $SiO_2$ 버퍼층을 전자빔 증착 방법으로 100 nm 의 두께로 증착하였다. IZTO 박막은 RF 마그네트론 스퍼터링법으로 RF 파워는 30~60 W 로, 공정 압력은 1~7 mTorr 로 변화시켜가며 $SiO_2$/PET 에 증착하여 IZTO 박막의 구조적, 전기적, 광학적 특성을 분석하였다. RF 파워 50 W 와 공정 압력 3 mTorr 에서 증착한 IZTO 박막이 $4.53{\times}10^{-3}{\Omega}$ 의 제일 큰 재료평가지수와 이때 $4.42{\times}10^{-4}{\Omega}-cm$ 의 비저항과 $27.63{\Omega}/sq.$ 의 면저항으로 가장 우수한 전기적 특성을 보였고, 가시광 영역 (400~800 nm) 에서의 평균 투과도도 81.24 % 로 가장 큰 값을 나타내었다. AFM 으로 IZTO 박막의 표면 형상을 관찰한 결과, 모든 IZTO 박막이 핀홀이나 크랙 같은 결함이 없는 표면을 가지며, RF 파워 50 W 와 공정 압력 3 mTorr에서 증착한 박막이 1.147 nm 의 가장 작은 표면 거칠기를 나타내었다. 이로부터 $SiO_2$/PET 구조위에 증착한 IZTO 박막이 차세대 플렉시블 디스플레이 소자에 응용될 수 있는 매우 유망한 재료임을 알 수 있었다.