• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.262-262
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• 2016

최근 고해상도 디스플레이가 주목받으면서 기존 비정질 실리콘(a-Si)을 대체할 수 있는 재료에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. a-Si의 경우 간단한 공정 과정, 적은 생산비용, 대면적화가 가능하다는 장점이 있지만 전자 이동도가 매우 낮은 단점이 있다. 반면, 산화물 반도체는 비정질 상태에서 전자 이동도가 높으며 큰 밴드갭을 가지고 있어 투명한 특성을 나타낼 뿐만 아니라, 저온공정이 가능하여 기판의 제한이 없는 장점을 가지고 있다. 대표적으로 가장 널리 연구되고 있는 산화물 반도체는 a-IGZO(amorphous indium-gallium-zinc oxide)이다. 그러나 InZnO(IZO) 기반의 산화물 반도체에서 carrier suppressor 역할을 하는 Ga(gallium)은 수요에 대한 공급이 원활하지 못하여 비싸다는 단점이 있다. 그러므로 경제적이면서 a-IGZO와 유사한 전기적 특성을 나타낼 수 있는 suppressor 물질이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 IZO 기반의 산화물 반도체에서 Ga을 Hf(hafnium), Zr(zirconium), Si(silicon)으로 대체하여 용액증착(solution-deposition) 공정으로 각각의 채널층을 형성한 back-gate type의 박막 트랜지스터(thin-film transistor, TFT) 소자를 제작하였다. 용액증착 공정은 물질의 비율을 자유롭게 조절할 수 있고, 대기압의 조건에서도 공정이 가능하기 때문에 짧은 공정시간과 저비용의 장점이 있다. 제작된 소자는 p-type Si 위에 게이트 절연막으로 100 nm의 열산화막이 성장된 기판을 사용하였다. 표준 RCA 클리닝 후에 각 solution 물질을 spin coating 방식으로 증착하였다. 이후, photolithography, develop, wet etching의 과정을 거쳐 채널층 패턴을 형성하였다. 또한, 산화물 반도체의 전기적 특성을 향상시키기 위해서 후속 열처리 과정(post deposition annealing, PDA)은 필수적이다. CTA 방식은 높은 열처리 온도와 긴 열처리 시간의 단점이 있다. 따라서, 본 연구에서는 $100^{\circ}C$ 이하의 낮은 온도와 짧은 열처리 시간의 장점을 가지는 MWI (microwave irradiation)를 후속 열처리로 진행하였다. 그 결과, 각 물질로 구현된 소자들은 기존 a-IGZO와 비교하여 적은 양의 carrier suppressor로도 우수한 전기적 특성 및 안정성을 얻을 수 있었다. 따라서, Si, Hf, Zr 기반의 산화물 반도체는 기존의 Ga을 대체하여 저비용으로 디스플레이를 구현할 수 있는 IZO 기반 재료로 기대된다.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제15권2호
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• pp.249-254
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• 2015

Solution-derived amorphous indium-gallium-zinc oxide (a-IGZO) thin-film-transistor (TFTs) were developed using a microwave irradiation treatment at low process temperature below $300^{\circ}C$. Compared to conventional furnace-annealing, the a-IGZO TFTs annealed by microwave irradiation exhibited better electrical characteristics in terms of field effect mobility, SS, and on/off current ratio, although the annealing temperature of microwave irradiation is much lower than that of furnace annealing. The microwave irradiated TFTs showed a smaller $V_{th}$ shift under the positive gate bias stress (PGBS) and negative gate bias stress (NGBS) tests owing to a lower ratio of oxygen vacancies, surface absorbed oxygen molecules, and reduced interface trapping in a-IGZO. Therefore, microwave irradiation is very promising to low-temperature process.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2009년도 추계학술대회 논문집
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• pp.137-137
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• 2009

Indium Gallium Zinc Oxide (IGZO) thin films for TFT channel were prepared by using a Facing Target Sputtering (FTS) system. To investigate the effect of oxygen on the optical and the electrical properties of amorphous InGaZnO(a-IGZO), we prepared thin films by FTS system in various oxygen atmospheres at room temperature. As-deposited IZTO thin films were investigated by using a UV/VIS spectrometer, an X-ray diffractometer, a Hall Effect measurement system, and an atomic force microscope. The quantitative analysis of the films was carried out by using the energy dispersive X-ray (EDX) technique for the as-deposited film.

• 한국재료학회지
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• 제30권4호
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• pp.211-216
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• 2020

Amorphous In-Ga-Zn-O (a-IGZO) thin film transistors, because of their relatively low mobility, have limits in attempts to fulfill high-end specifications for display backplanes. In-Zn-O (IZO) is a promising semiconductor material for high mobility device applications with excellent transparency to visible light region and low temperature process capability. In this paper, the effects of working pressure on the physical and electrical properties of IZO films and thin film transistors are investigated. The working pressure is modulated from 2 mTorr to 5 mTorr, whereas the other process conditions are fixed. As the working pressure increases, the extracted optical band gap of IZO films gradually decreases. Absorption coefficient spectra indicate that subgap states increase at high working pressure. Furthermore, IZO film fabricated at low working pressure shows smoother surface morphology. As a result, IZO thin film transistors with optimum conditions exhibit excellent switching characteristics with high mobility (≥ 30㎠/Vs) and large on/off ratio.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제27권10호
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• pp.648-652
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• 2014

We have investigated the effect of electrical properties of amorphous InGaZnO thin film transistors (a-IGZO TFTs) by post thermal annealing in $O_2$ ambient. The post-annealed in $O_2$ ambient a-IGZOTFT is found to be more stable to be used for oxide-based TFT devices, and has better performance, such as the on/off current ratios, sub-threshold voltage gate swing, and, as well as reasonable threshold voltage, than others do. The interface trap density is controlled to achieve the optimum value of TFT transfer and output characteristics. The device performance is significantly affected by adjusting the annealing condition. This effect is closely related with the modulation annealing method by reducing the localized trapping carriers and defect centers at the interface or in the channel layer.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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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.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.267.1-267.1
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• 2016

본 연구에서는 nematic 액정의 종류 중 하나인 5CB (4-Cyano-4'-pentylbiphenyl) 물질을 박막 트랜지스터 (TFT)의 passivation 층으로 사용했을 때 그 전기적 특성향상을 확인하였다. RF-magnetron sputtering법으로 증착된 비정질 InGaZnO 박막을 활성층으로 사용한 TFT를 제작하여 그 활성층 위에 drop형식으로 passivation 하였다. 그 결과, drain current (I_DS)가 약 10배 정도 증가하고, linear region(V_D=0.5V)에서 mobility와 subthreshold slope(SS)이 각각 6.7에서 12.2, 0.3에서 0.2로 향상되는 것이 보였다. 이것은 gate bias가 인가되었을 때 freedericksz 전이를 통한 액정의 배향과 이때 형성된 dipole 형성에 의한 것으로 보이며, 이러한 LC의 배향은 편광현미경을 통하여 표면과 수직으로 배향한다는 사실을 확인 할 수 있었고 이 LC-passivation된 a-IGZO TFT의 전기적 특성의 향상에 대한 mechanism을 제시하였다. 그리고 배향한 LC가 가지는 dipole에 의해 bias stress 상황에서 독특한 electron trapping과 recovery의 증폭효과가 나타났다. V_G=+20V의 positive gate bias stress를 1000s동안 가했을 때, passivation되지 않은 a-IGZO TFT의 경우 +4V의 threshold voltage shift(${\Delta}V$_TH)가 발생되었고, 바로 -20V의 negative gate bias를 30s간 가해주었을 때 -2.5V의 ${\Delta}V$_TH가 발생하였다. 반면 LC-passivation된 a-IGZO TFT의 경우 각각 +5V와 -4V의 ${\Delta}V$_TH로 더 큰 변화를 가져왔다. 이러한 LC에 의한 electron trapping/recovery 증폭효과에 대한 model을 제시하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.169-169
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• 2010

As display industry requires various applications for future display technology, which can guarantees high level of flexibility and transparency on display panel, oxide semiconductor materials are regarded as one of the best candidates. $InGaZnO_4$(IGZO) has gathered much attention as a post-transition metal oxide used in active layer in thin-film transistor. Due to its high mobility fabricated at low temperature fabrication process, which is proper for application to display backplanes and use in flexible and/or transparent electronics. Electrical performance of amorphous oxide semiconductors depends on the resistance of the interface between source/drain metal contact and active layer. It is also affected by sheet resistance on IGZO thin film. Controlling contact/sheet resistance has been a hot issue for improving electrical properties of AOS(Amorphous oxide semiconductor). To overcome this problem, post-annealing has been introduced. In other words, through post-annealing process, saturation mobility, on/off ratio, drain current of the device all increase. In this research, we studied on the relation between device's resistance and post-annealing temperature. So far as many post-annealing effects have been reported, this research especially analyzed the change of electrical properties by increasing post-annealing temperature. We fabricated 6 main samples. After a-IGZO deposition, Samples were post-annealed in 5 different temperatures; as-deposited, $100^{\circ}C$, $200^{\circ}C$, $300^{\circ}C$, $400^{\circ}C$ and $500^{\circ}C$. Metal deposition was done on these samples by using Mo through E-beam evaporation. For analysis, three analysis methods were used; IV-characteristics by probe station, surface roughness by AFM, metal oxidation by FE-SEM. Experimental results say that contact resistance increased because of the metal oxidation on metal contact and rough surface of a-IGZO layer. we can suggest some of the possible solutions to overcome resistance effect for the improvement of TFT electrical performances.

• 한국정보디스플레이학회:학술대회논문집
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• 한국정보디스플레이학회 2008년도 International Meeting on Information Display
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• pp.1097-1100
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• 2008

We demonstrate that the performance of amorphous indium-gallium-zinc-oxide (IGZO) thin-film transistors (TFT) can be optimized by controlling the interfaces between IGZO and sandwiching insulators and by proper deposition of IGZO layer. Specifically, contact and channel resistances are decreased by reducing IGZO bulk resistance and optimizing dry-etch process, respectively. Field-effect mobility ($\mu_{FE}$) and subthreshold gate swing (S) are further enhanced by fine-tuning IGZO deposition condition.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.207-207
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• 2011

Amorphous transparent oxide semiconductors (a-TOS) have been widely studied for many optoelectronic devices such as AM-OLED (active-matrix organic light emitting diodes). Recently, Nomura et al. demonstrated high performance amorphous IGZO (In-Ga-Zn-O) TFTs.1 Despite the amorphous structure, due to the conduction band minimum (CBM) that made of spherically extended s-orbitals of the constituent metals, an a-IGZO TFT shows high mobility.2,3 But IGZO films contain high cost rare metals. Therefore, we need to investigate the alternatives. Because Aluminum has a high bond enthalpy with oxygen atom and Alumina has a high lattice energy, we try to replace Gallium with Aluminum that is high reserve low cost material. In this study, we focused on the electrical properties of IZO:Al thin films as a channel layer of TFTs. IZO:Al were deposited on unheated non-alkali glass substrates (5 cm ${\times}$ 5 cm) by magnetron co-sputtering system with two cathodes equipped with IZO target and Al target, respectively. The sintered ceramic IZO disc (3 inch ${\phi}$, 5 mm t) and metal Al target (3 inch ${\phi}$, 5 mm t) are used for deposition. The O2 gas was used as the reactive gas to control carrier concentration and mobility. Deposition was carried out under various sputtering conditions to investigate the effect of sputtering process on the characteristics of IZO:Al thin films. Correlation between sputtering factors and electronic properties of the film will be discussed in detail.