• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.338.2-338.2
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• 2014

투명반도체산화물은 우수한 광학적, 전기적 특성을 가지고 있기 때문에 차세대 박막트랜지스터의 채널층으로 각광을 받고 있다. 특히, 그 중에서도 a-IGZO를 이용한 TFT는 높은 가시광선 투과율(>80%)과 큰 전하이동도(>10 cm2/Vs) 를 갖는 등 좋은 광학적, 전기적 특성을 갖기 때문에 많은 연구가 이루어졌다. 여러 연구들에 의하면, a-IGZO TFT는 소스/드레인의 전극으로 어떤 물질을 사용하는지에 따라서 동작특성에 큰 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 일반적으로, a-IGZO 박막은 n형 반도체로써 일함수가 작은 금속과는 ohmic contact를 형성하고, 일함수가 큰 금속과는 Schottky barrier를 형성한다고 알려져 있다. 이와 관련된 대부분의 이전의 연구들에서는 각각의 전극물질에 따라 전기적인 특성변화에 초점을 맞춰서 연구하였다. 본 연구에서는 일함수가 작은 Ag와 일함수가 큰 Au를 a-IGZO의 박막 위에 얇게 증착하면서 이에 따른 고분해능 광전자분광(high-resolution x-ray photoelectron spectroscopy) 정보의 변화를 분석함으로써, 금속의 증착에 따른 금속층과 a-IGZO 표면 및 계면에서의 화학적 상태의 변화를 연구하였다. Au 4f, Ag 3d는 metallic property를 나타내기 이전까지는 lower binding energy(BE) 쪽으로 shift하였으며, In 3d 또한 lower BE 성분이 크게 증가하였다. O 1s, Ga 3d, Zn 3d들은 상대적으로 적은 변화를 나타내었는데, 이는 Ag, Au가 In과 상대적으로 더 많이 상호작용한다는 것을 의미한다. 본 발표에서는 이들 core level의 정보들과, 가전자대의 분광정보, 그리고 band bending의 정보가 제시될 것이며, 이 정보들은 metal 증착에 따른 contact 특성을 이해하는데 기여할 것으로 기대한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.205-205
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• 2015

최근, 비정질 산화물 반도체를 이용한 TFT는 투명성, 유연성, 저비용, 저온공정이 가능하기 때문에 차세대 flat-panel 디스플레이의 back-plane TFT로써 다양한 방면에서 연구되고 있다. 산화물 반도체 In-Zn-O-시스템에서는 Gallium (Ga)을 suppressor로 사용한 a-In-Ga-Zn-O (a-IGZO) 뿐만 아니라, Magnesium (Mg), Hafnium (Hf), Tin (Sn), Zirconium (Zr) 등의 다양한 물질이 연구되었다. 그 중 Silicon (Si)은 Ga, Hf, Sn, Zr, Mg과 같은 suppressor에 비해 구하기 쉬우며 가격적인 측면에서도 저렴하다는 장점이 있다. solution 공정으로 제작한 산화물 반도체 TFT는 진공 시스템을 사용한 공정보다 공정시간이 짧고, 저비용, 대면적화가 가능하다는 장점이 있다. 하지만, 투명하고 유연한 device를 제작하기 위해서는 저온 공정과 low thermal budget은 필수적이다. 이러한 측면에서 MWI (Microwave Irradiation)는 저온공정이 가능하며, 짧은 공정 시간에도 불구하고 IZO 시스템의 산화물 반도체의 전기적 특성 향상을 기대할 수 있는 효율 적인 열처리 방법이다. 본 연구에서는 In-Zn-O 시스템의 TFT에서 silicon (Si)를 Suppressor로 사용한 a-Si-In-Zn-O (SIZO) TFT를 제작하여 두 가지 열처리 방법을 사용하여 TFT의 전기적 특성을 확인하였다. 첫 번째 방법은 Box Furnace를 사용하여 N2 분위기에서 $600^{\circ}C$의 온도로 30분간 열처리 하였으며, 두 번째는 MWI를 사용하여 1800 W 출력 (약 $100^{\circ}C$)에 2분간 열처리 하였다. MWI 열처리는 Box Furnace 열처리에 비해 저온 공정 및 짧은 시간에도 불구하고 향상된 전기적 특성을 확인 할 수 있었다.

• Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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• v.22 no.1
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• pp.117-124
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• 2018

Junctionless amorphous InGaZnO thin film transistors with different film thickness have been fabricated. Their device performance parameters were extracted and gate oxide breakdown voltages were analyzed with different film thickness. The device performances were enhanced with increase of film thickness but the gate oxide breakdown voltages were decreased. The device performances were enhanced with increase of temperatures but the gate oxide breakdown voltages were decreased due to the increased drain current. The drain current under illumination was increased due to photo-excited electron-hole pair generation but the gate oxide breakdown voltages were decreased. The reason for decreased breakdown voltage with increase of film thickness, operation temperature and light intensity was due to the increased number of channel electrons and more injection into the gate oxide layer. One should decide the gate oxide thickness with considering the film thickness and operating temperature when one decides to replace the junctionless amorphous InGaZnO thin film transistors as BEOL transistors.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.420-420
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• 2014

최근, 과학 기술이 발달함에 따라 현장에서의 실시간 검사 및 자가 지단 등 질병 치유에 대한 사람들의 관심이 증가하고 있으며, 이에 따라 의료, 환경, 산업과 같은 많은 분야에서 바이오 센서에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 그 중, EGFET는 전해질 속의 각종 이온 농도를 전기적으로 측정하는 바이오 센서로, 외부 환경으로부터 안전하고, 제작이 쉬우며, 재활용이 가능하여 비용을 절감 할 수 있다는 장점을 가지고 있다 [1]. EGFET는 감지부와 FET부로 분리된 구조를 가지고 있으며, 감지부의 감지막으로는 Al2O3, HfO2, $TiO_2$, SnO2 와 같은 다양한 물질들이 사용되고 있다. 그 중, SnO2는 우수한 감도와 안정성을 가지고 있는 물질로 추가적인 열처리 공정 없이도 우수한 감지 특성을 나타내기 때문에 본 연구에서 감지막으로 사용하였다. 한편, EGFETs 의 FET부로는 기존의 비정질 실리콘 TFTs 에 비해 10배 이상의 높은 이동도와 온/오프 전류비를 갖는 InGaZnO 를 채널층으로 사용한 TFTs 를 사용하였다. a-IGZO 는 넓은 밴드 갭으로 인해 가시광 영역에서 투명하며, 향후 투명 바이오센서 제작 시, 물질들 사이의 반응을 전기적 신호뿐만 아니라 광학적인 분석 방법으로도 검출이 가능하기에 고 신뢰성을 갖는 센서의 제작이 가능할 것으로 기대된다. 한편, a-IGZO TFTs 의 경우 우수한 전기적 특성을 나타냄에도 불구하고 소자 동작 시 문턱 전압이 불안정하다는 단점이 있으며 [2], 이러한 문제의 개선과 향후 투명 기판 위에서의 소자 제작을 위해서는 저온 열처리 공정이 필수적이다. 따라서, 본 연구에서는 저온 열처리 공정인 u-wave 열처리를 통하여 a-IGZO TFTs 의 전기적 특성 및 안정성을 향상시켰으며, 9.51 [$cm2/V{\cdot}s$]의 이동도와 135 [mV/dec] 의 SS값, 0.99 [V]의 문턱 전압, 1.18E+08의 온/오프 전류 비를 갖는 고성능 스위칭 TFTs 를 제작하였다. 최종적으로, 제작된 a-IGZO TFTs 를 SnO2 감지막을 갖는 EGFETs 에 적용함으로써 우수한 감지 특성과 안정성을 갖는 바이오 센서를 제작하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.354-355
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• 2013

최근 디스플레이 분야에서 amorphous InGaZnO (a-IGZO) thin film transistors (TFTs)는 a-Si:H에 비해 비정질 상태에서도 비교적 높은 이동도를 가지고 다결정 Si 반도체에 비해 저온공정이 가능하고 대면적화가 용이한 장점 때문에 주목받고 있다. 또한 넓은 밴드갭을 가지기 때문에 가시광선 영역에서 투명하여 투명소자에도 응용이 가능하다. 본 연구에서는 RF magnetron sputtering법을 이용하여 RF power의 변화에 따라 IGZO 박막의 positive bias stress (PBS)에 대한 안정성을 조사하였다. 소결된 타겟으로는 In:Ga:ZnO를 각각 2:2:1 mol%의 조성비로 소결하여 이용하였고, 공정 조건은 초기 압력 Torr, 증착 압력 Torr, Ar：O2=18：12 sccm로 고정하였다. 공정 변수로는 130 W, 150 W, 170 W, 200 W로 변화를 주어 실험을 진행하였다. PBS 측정은 gate bias를 10 V로 고정하여 stress 시간을 각각 0, 30, 100, 300, 1,000, 3,000, 7,000초를 적용하였다. 측정 결과 RF power가 증가할수록 문턱전압의 변화량이 증가하는 것을 보였다. 130 W의 경우 4.47 V의 변화량을 보였지만 200 W의 경우는 10.01 V로 증가되어 나타났다. 따라서 RF power을 낮추어 만들어진 소자의 경우 RF power를 높여 만들어진 소자에 비해 PBS에 대한 안정성이 더 높은 결과를 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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• 2014.10a
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• pp.769-772
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• 2014

The device reliability in amorphous InGaZnO under NBS(Negative Bias Stress) and hot carrier stress with different gate overlap has been characterized. Amorphous InGaZnO thin film transistor has been measured. and is channel $width=104{\mu}m$, $length=10{\mu}m$ with gate overlap $length=0,1,2,3{\mu}m$. The device reliability has been analyzed by I-V characteristics. From the experiment results, threshold voltage variation has been increased with increasing of the gate overlap length after hot carrier stress. Also, threshold voltage variation has been decreased and Hump Effect has been observed later with increasing of the gate overlap length after NBS.

• Electronic Materials Letters
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• v.14 no.6
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• pp.749-754
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• 2018

Previous studies have reported on the mechanical robustness and chemical stability of flexible amorphous indium gallium zinc oxide (a-IGZO) thin-film transistors (TFTs) on plastic substrates both in flat and curved states. In this study, we investigate how the polyimide (PI) substrate affects hydrogen concentration in the a-IGZO layer, which subsequently influences the device performance and stability under bias-temperature-stress. Hydrogen increases the carrier concentration in the active layer, but it also electrically deactivates intrinsic defects depending on its concentration. The influence of hydrogen varies between the TFTs fabricated on a glass substrate to those on a PI substrate. Hydrogen concentration is 5% lower in devices on a PI substrate after annealing, which increases the hysteresis characteristics from 0.22 to 0.55 V and also the threshold voltage shift under positive bias temperature stress by 2 ${\times}$ compared to the devices on a glass substrate. Hence, the analysis and control of hydrogen flux is crucial to maintaining good device performance and stability of a-IGZO TFTs.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2012.05a
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• pp.112.1-112.1
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• 2012

산화물 기반의 TFT (Thin Film Transistor) 는 유리, 금속, 플라스틱 등 기판 종류에 상관없이 균일한 제작이 가능하며, 상온 및 저온에서 대면적으로 제작이 가능하고, 저렴한 비용으로 제작 가능하다는 장점 때문에 최근 많은 연구가 이루어지고 있다. 현재 TFT 물질로 많이 연구되고 있는 산화물 중 가장 많은 연구가 이루어진 ZnO 기반의 TFT는mobility와 switching 속도에서 우수한 특성을 보이나, 트렌지스터의 안정성이 떨어지는 것으로 보고되고 있다. 그러나 a-IGZO의 경우 결정학적으로 비정질이며, 상온 및 저온에서 대면적으로 제작이 가능하고, 높은 전자 이동도의 특성을 가지고 있는 장점 때문에 최근 차세대 산화물 트렌지스터로 각광받고 있다. IGZO 물질의 경우 s 오비탈의 중첩으로 인해 높은 전자 이동도의 특성을 가지며, IGZO 물질 내 전자의 이동은 IGZO의 조성과 구조적 특성에 영향을 받는다. IGZO 물질의 구성 성분은 $In_2O_3$, $Ga_2O_3$, ZnO 성분으로 이루어져 있으며, $In_2O_3$의 경우 주로 carrier 를 생성하고 IGZO TFT의 mobility를 향상시키는 물질로 알려져 있다. 본 연구에서는 $In_2O_3$ nanoparticle의 density를 조절하여 첨가함으로써 IGZO TFT 소자 특성에 미치는 평가를 진행하였다. $In_2O_3$ nanoparticle의 density변화에 따른 interparticle spacing과 IGZO계면 사이의 미세구조와 전기적인 특성간의 상관관계를 연구하기 위하여 IGZO TFT 특성은 HP 4145B 측정을 통하여 확인하였고, $In_2O_3$ nanoparticle의 분포와 결정성은 AFM과 XRD, TEM을 통해 분석하고 In2O3 nanoparticle의 유무에 따른 IGZO channel 층의 조성 변화를 STEM과 AES를 통해 비교 및 분석하였다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2011.10a
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• pp.42.2-42.2
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• 2011

산화물 기반의 TFT (Thin Film Transistor) 는 유리, 금속, 플라스틱 등 기판 종류에 상관없이 균일한 제작이 가능하며, 상온 및 저온에서 대면적으로 제작이 가능하고, 저렴한 비용으로 제작 가능하다는 장점 때문에 최근 많은 연구가 이루어지고 있다. 현재 TFT 물질로 많이 연구되고 있는 산화물 중 가장 많은 연구가 이루어진 ZnO 기반의 TFT는 mobility와 switching 속도에서 우수한 특성을 보이나, 트렌지스터의 안정성이 떨어지는 것으로 보고 되고 있다. 그러나 IGZO 물질의 경우 결정학적으로 비정질이며, 상온 및 저온에서 대면적으로 제작이 가능하고, 높은 전자 이동도의 특성을 가지고 있는 장점 때문에 최근 차세대 산화물 트렌지스터로 각광받고 있다. IGZO 물질의 경우 s 오비탈의 중첩으로 인해 높은 전자 이동도의 특성을 가지며, IGZO 물질 내 전자의 이동은 IGZO의 조성과 구조적 특성에 영향을 받는다. IGZO 물질의 구성 성분은 $In_2O_3$, $Ga_2O_3$, ZnO 성분으로 이루어져 있으며, $In_2O_3$의 경우 주로 carrier를 생성하고 IGZO TFT의 mobility를 향상시키는 물질로 알려져 있다. 본 연구에서 $In_2O_3$ nanoparticle을 density를 변화시켜 첨가하여 IGZO TFT 소자 제작 및 특성에 대한 평가를 진행하였다. $In_2O_3$ nanoparticle의 density에 따른 interparticle spacing과 IGZO계면 사이의 미세구조와 전기적인 특성간의 상관관계를 연구하기 위하여 IGZO TFT 특성은 HP 4145B 측정을 통하여 확인하였고, $In_2O_3$ nanoparticle의 분포와 결정성은 XRD와 AFM을 통해 분석하고, $In_2O_3$ nanoparticle의 첨가가 IGZO 소자에 미치는 가능성을 확인하였다.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.24 no.9
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• pp.693-696
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• 2011

Recently, amorphous oxide semiconductors (AOSs) based thin-film transistors (TFTs) have received considerable attention for application in the next generation displays industry. The research trends of AOSs based TFTs investigation have focused on the high device performance. The electrical properties of the TFTs are influenced by trap density. In particular, the threshold voltage ($V_{th}$) and subthreshold swing (SS) essentially depend on the semiconductor/gate-insulator interface trap. In this article, we investigated the effects of Ar plasma-treated $SiO_2$ insulator on the interfacial property and the device performances of amorphous indium gallium zinc oxide (a-IGZO) TFTs. We report on the improvement in interfacial characteristics between a-IGZO channel layer and gate insulator depending on Ar power in plasma process, since the change of treatment power could result in different plasma damage on the interface.