• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.214.1-214.1
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• 2015

Thin-film transistors (TFTs)의 채널층으로 널리 쓰이는 indium-gallium-zinc oxide (IGZO)는 높은 전자 이동도(약 10 cm2/Vs)를 나타내며 유기 발광 다이오드디스플레이(OLED)와 대면적 액정 디스플레이(LCD)에 필수적으로 사용되고 있다. 하지만, 이러한 재료는 우수한 TFT의 채널층의 특성을 가지는 반면, ZnO 기반 재료이기 때문에 소자 구동에서의 안정성은 가장 큰 문제로 남아있다. 따라서 최근, IGZO layer의 특성을 향상시키기 위한 연구가 다양한 방법으로 시도되고 있다. IGZO의 조성비를 조절하여 전기적 특성을 최적화거나 IGZO layer의 조성 중 Ga을 다른 금속 메탈로 대체하는 연구도 이루어지고 있다. 그러나 IGZO에 미량의 도펀트를 첨가하여 박막 특성 변화를 관찰한 연구는 거의 진행되지 않고 있다. 산화물 TFTs의 전기적 특성과 안정성은 산소 함량에 영향을 많이 받는 것으로 알려져 있으며, 더욱이 TFT 채널층으로 쓰이는 IGZO 박막의 고유한 산소 공공은 디바이스 작동 중 열적으로 활성화 되어 이온화 상태가 될 때 소자의 안정성을 저하시키는 것이 문제점으로 지적되고 있다. 그러므로 본 연구에서는 낮은 전기 음성도(1.22)와 표준전극전위(-2.372 V)를 가지며 산소와의 높은 본드 엔탈피 값(719.6 kJ/mol)을 가짐으로써 산소 공공생성을 억제할 것으로 기대되는 yttrium을 IGZO의 도펀트로 도입하였다. 따라서 본 연구에서는 Y-IGZO의 박막 특성 변화를 관찰하고자 한다. 본 연구에서는 magnetron co-sputtering법으로 IGZO 타깃(DC)과 Y2O3 타깃(RF)를 이용하여 기판 가열 없이 동시 방전을 이용해 non-alkali glass 기판 위에 증착 하였다. IGZO 타깃은 DC power 110 W으로 고정하였으며 Y2O3 타깃에는 RF Power를 50 W에서 110 W까지 증가시키면서 Y 도핑량을 조절하였다. Working pressure는 고 순도 Ar을 20 sccm 주입하여 0.7 Pa로 고정하였다. 모든 실험은 $50{\times}50mm$ 기판 위에 총 두께 $50nm{\pm}2$ 박막을 증착 하였으며, 그 함량에 따른 전기적 특성 및 광학적 특성을 살펴보았다. 또한, IGZO 박막 제조 시 박막의 안정화를 위해 열처리과정은 필수적이다. 하지만 본 연구에서는 열처리를 진행하지 않고 Y-IGZO의 안정성 개선 여부를 보기 위하여 20일 동안 상온에서 방치하여 그 전기적 특성변화를 관찰하였다. 나아가 Y-IGZO 채널 층을 갖는 TFT 소자를 제조하여 소자 구동 특성을 관찰 하였다. Y2O3 타깃에 가해지는 RF Power가 70 W 일 때 Y-IGZO박막은 IGZO박막과 비교하여 상대적으로 캐리어 밀도는 낮은 반면 이동도는 높은 최적 특성을 얻을 수 있었다. 상온방치 결과 Y-IGZO박막은 IGZO박막에 비해 전기적 특성 변화 폭이 적었으며 이것은 Y 도펀트에 의한 안정성 개선의 결과로 예상된다. 투과도는 Y 도핑에 의하여 약 1.6 % 정도 상승하였으며 밴드 갭 내에서 결함 준위로 작용하는 산소공공의 억제로 인한 결과로 판단된다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2009년도 하계학술대회 논문집
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• pp.151-151
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• 2009

Recently, there has been increasing interest in amorphous oxide semiconductors to find alternative materials for an amorphous silicon or organic semiconductor layer as a channel in thin film transistors(TFTs) for transparent electronic devices owing to their high mobility and low photo-sensitivity. The fabriction of amorphous oxide-based TFTs at room temperature on plastic substrates is a key technology to realize transparent flexible electronics. Amorphous oxides allows for controllable conductivity, which permits it to be used both as a transparent semiconductor or conductor, and so to be used both as active and source/drain layers in TFTs. One of the materials that is being responsible for this revolution in the electronics is indium-zinc-tin oxide(IZTO). Since this is relatively new material, it is important to study the properties of room-temperature deposited IZTO thin films and exploration in a possible integration of the material in flexible TFT devices. In this research, we deposited IZTO thin films on polyethylene naphthalate substrate at room temperature by using magnetron sputtering system and investigated their properties. Furthermore, we revealed the fabrication and characteristics of top-gate-type transparent TFTs with IZTO layers, seen in Fig. 1. The experimental results show that by varying the oxygen flow rate during deposition, it can be prepared the IZTO thin films of two-types; One a conductive film that exhibits a resistivity of $2\times10^{-4}$ ohm${\cdot}$cm; the other, semiconductor film with a resistivity of 9 ohm${\cdot}$cm. The TFT devices with IZTO layers are optically transparent in visible region and operate in enhancement mode. The threshold voltage, field effect mobility, on-off current ratio, and sub-threshold slope of the TFT are -0.5 V, $7.2\;cm^2/Vs$, $\sim10^7$ and 0.2 V/decade, respectively. These results will contribute to applications of select TFT to transparent flexible electronics.

• 전자공학회논문지
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• 제50권7호
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• pp.115-121
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• 2013

본 연구에서는 TiInZnO(TiIZO)를 채널층으로 하는 thin film transistors(TFTs)를 제작하였다. TiIZO 층은 InZnO(IZO)와 Ti target을 이용하여 RF-magnetron co-sputtering system 방식으로 상온에서 증착하였으며, 어떠한 열처리도 하지 않았다. Ti의 첨가가 어떠한 영항을 주는지 연구하기 위해 X-ray diffraction(XRD), X-ray photoelectron spectroscopy(XPS) 분석을 시행하였으며, 전기적인 특성을 측정하였다. Ti의 첨가는 Ti target의 rf power 변화에 따라 달리하였다. Ti의 첨가가 전류점멸비에 큰 영향을 주는 것을 확인하였고, 이것은 Ti의 산화력이 In과 Zn보다 뛰어나 산소결함자리의 형성을 억제하기 때문이다. Ti의 rf power가 40W일 때 가장 좋은 특성을 나타냈으며, 전류점멸비, 전자이동도, 문턱전압, subthreshold swing이 각각 $10^5$, 2.09 [$cm^2/V{\cdot}s$]. 2.2 [V], 0.492 [V/dec.]로 측정되었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.337-337
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• 2014

투명 전도성 산화물(transparent conductive oxide: TCO) 박막은 높은 투과율과 낮은 비저항 덕분에 LCD (liquid crystal display), PDP (plasma display panel), OLED (organic light emitting display) 등 평판 디스플레이에 널리 사용되고 있다. 현재 양산되고 있는 ITO (indium tin oxide)는 90% 이상의 높은 투과율과 우수한 전도성으로 인해 TCO 박막 가운데서 디스플레이 산업에서 가장 널리 쓰이고 있다. 그런데, ITO의 인듐산화물에 의한 간질성 폐렴(interstitial pneumonia)의 유발 위험이 있다든가, 인듐의 매장량이 적어 원자재 가격이 비싼 단점도 가지고 있다. 이에 최근 ITO를 대체할 수 있는 TCO물질로 많은 연구가 이루어지고 있는데, 특히 AZO (aluminum-doped zinc oxide)는 그 중 대표적인 대체물질로서 독성이 없고 가격도 저렴하여 많은 관심이 증폭되고 있다. 현재 AZO는 sol-gel 방법이나 CVD (chemical vapor deposition) 또는 스퍼터링 방법 등으로 증착되고 있다. 본 연구에서는 두 개의 이종타겟(hetero target)을 장착한 대향 타겟 스퍼터링(facing target sputtering: FTS) 장치를 사용하여 AZO 박막을 제작한다. 기존의 여러 증착법과 달리, FTS 장치는 두 타겟 사이에 형성되는 플라즈마 내의 ${\gamma}$-전자를 구속하게 되며, 낮은 가스 압력에서 고밀도 플라즈마가 생성되어 빠른 증착 속도와 안정적인 방전을 유지한 상태에서 박막을 증착할 수가 있다. 또한 기판과 플라즈마가 이격되어 있어 높은 에너지를 갖는 입자들의 기판 충돌을 억제할 수 있는 장점들을 갖는다. 이종 타겟인 ZnO와 Al2O3를 사용하고 각 타겟에 인가되는 파워 변화를 통해 AZO 박막 내 Al2O3의 성분비를 조절하였다. ZnO 타겟의 증착 파워를 100 W로 고정할 경우, Al2O3 타겟의 증착 파워가 (50~90) W으로 실험을 하였으며, Al2O3 타겟의 증착 파워가 70 W일 때 AZO 박막의 Al2O3 성분비는 2.02 wt.%이며 박막의 비저항 값은 $5{\times}10^{-4}{\Omega}{\cdot}cm$로 최소값을 보였다. 이러한 비저항의 변화는 파워에 따른 AZO 박막의 캐리어 이동도(Hall mobility)와 캐리어의 농도(Carrier Concentration)의 변화와 밀접한 관계가 있음을 보여주며, 특히 AZO 박막의 캐리어 농도와 캐리어 이동도는 AZO 박막을 형성하고 있는 결정립의 크기에 의존하는 것이 X-선 회절 패턴과 SEM으로부터 확인되었다. 특히, 본 연구에서는 두 개의 이종 타겟(hetero target) Al2O3와 ZnO를 장착하고 각각의 파워를 변화시켜 도핑 량을 조절할 수는 대향 타겟 스퍼터링(FTS: facing-target sputtering) 방법을 이용하여 제작된 AZO 박막에 대해 전기적, 광학적 및 구조적 특성을 분석하고 ITO의 대체물로서의 가능성을 검토하고자 한다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제40권7호
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• pp.673-677
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• 2016

최근, 자연 모사를 이용한 연구가 활발히 진행되어 지고 있다. 그 중에서도 높은 접착력으로 인해 이동이 자유로운 도마뱀붙이가 각광받고 있다. 도마뱀붙이는 발바닥 표피에 계층적 구조를 가지고 있고, 이러한 구조로 인하여 높은 접착력을 가진다. 본 연구에서는 건식 접착 구조물에 금속 코팅 두께에 따른 접착강도 변화에 대한 연구를 수행하였다. 건식 접착 구조물 제작을 위한 마이크로 몰드를 포토 리소그래피로 제작한 후, 고분자 폴리머인 PDMS를 사용하여 건식 접착 구조물을 제작하였다. 제작된 건식 접착 구조물의 금속 코팅은 플라즈마 스퍼터링을 사용하였다. 건식 접착 구조물의 접착력 실험은 Pure shear test방법을 통하여 평가하였다. 건식 접착 구조물에 인듐, 아연, 금을 코팅하였을 때 각각 4 nm, 8 nm 및 6 nm의 두께를 가질 때 접착 강도가 가장 우수한 결과를 보였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.591-591
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• 2012

본 연구는 Transparent conducting oxide (TCO, 산화물투명전극)를 이용한 박막태양전지 효율향상에 관한 것으로, 이중의 TCO층(Double-stacked TCO layer)의 효과적인 광학 및 전기적 설계에 관한 것이다. 기존 박막 태양전지에서는 투명전극 TCO layer로서, ITO (Indium-Tin-Oxide), FTO (Fluorine- Tin-Oxide), 및 AZO(Aluminum-doped Zinc Oxide) 등을 사용해 왔다. 각 TCO layer마다 장점이 있지만 단점 또한 존재한다. ITO의 경우 높은 전기적 특성을 가지는 반면 수소 플라즈마에 취약하고 기계적 강도에 취약해 ITO 단일층만으로 박막 태양전지에 적용하는 것에 제한을 받는다. 한편, AZO의 경우 전기적 특성도 우수할 뿐만 아니라 수소 플라즈마에도 내구성이 강한 장점이 있지만, 일함수가 p형 반도체보다 낮아 Schottky junction이 되어, 높은 전위장벽이 형성된다. 이는 정공의 이동을 방해하고, 정공의 축적이 일어나서 순방향 전압을 인가할 때 많은 전류의 감소를 가져온다. 또한, AZO와 p형 반도체 사이의 높은 직렬저항으로 인해 광전압(Voc, Open circuit voltage)와 충실률 (FF, Fill factor)가 떨어진다는 단점이 있다. 본 실험에서는 ITO/AZO 2중구조의 TCO층을 적용하여 상기의 문제점을 해결하고자 한다. 이중 구조 TCO층은 Magnetron sputter system을 이용하여, 단계적으로 증착되었다. 빛이 입사하는 유리에 ITO를 제1전도층으로 증착하였는데, ITO는 입사광의 투과도와 전기전도성이 우수하다. 제2전도층으로는 AZO층을 이용하였으며, 실리콘 반도체층과 접하게 된다. AZO는 실리콘 증착시 발생하는 수소 플라즈마에 안정적이고, 물리적 강도 또한 우수한 장점이 있다. 이중 구조층위에 실리콘 광흡수층(Si absorber)을 증착하였으며, pin 구조를 가진다. 기존, 단일막 TCO층과 2중구조 TCO층을 이용하여, 실리콘 박막 태양전지를 구성하였다. 이때, ITO/AZO의 2중구조를 적용하였을 때 태양 전지 특성이 크게 향상된 결과를 얻을 수가 있었다. 특히, 전류밀도의 경우 ITO, FTO, AZO 각각 14.5 mA/cm2, 11.2 mA/cm2, 8.18 mA/cm2를 나타낸 반면 ITO/AZO 2중구조의 경우 약 17mA/cm2 로 크게 향상 되었고, 태양전지 변환 효율도 각각 7.5%, 6.9%, 4%에서 ITO/AZO 2중 구조의 경우 8.05%로 크게 향상되었다. 본 발표에서는 2중구조 TCO를 이용한 현공정에 적용 가능한 박막태양전지 효율향상 기법에 대해 논의하고자 한다.

• 조명전기설비학회논문지
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• 제20권7호
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• pp.6-13
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• 2006

각 종 전자 디바이스의 투명전도막으로 많이 사용되는 ITO 및 ZnO:Al 박막을 스퍼터링법에 의해 제작하였다. 가스압력 및 기판온도 등의 최적조건하에서 제작된 ITO 및 ZnO:Al 박막은 각각 $1.67{\times}10^{-3}[{\Omega}-cm]$ 및 $2.2{\times}10^{-3}[{\Omega}-cm]$의 비저항율과 89.61[%] 및 90.88[%]의 가시광 영역에서의 광투과율을 나타내었다. ZnO:Al과 ITO 투명전극을 이용하여 5인치의 PDP 셀을 동일한 제조조건하에서 제작하였다. ZnO:Al의 경우 Ne(base)-Xe(8%)의 가스 혼합비, 그리고 400[Torr]의 압력조건에서 가장 잘 동작되었으며, $200{\sim}300$[V]의 인가전압 범위에서 $836[cd/m^2]$의 평균휘도를 나타내었다. 고휘도 및 저 소비전력특성을 위한 중요한 파라메타인 광효율은 전원 주파수가 $10{\sim}50[Khz]$의 범위에서 $1.2{\sim}1.6[lm/W]$정도를 나타내었으며, ITO의 경우 휘도 및 광 발생 효율은 약 10[%]정도 상승하였다.

• 전기전자학회논문지
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• 제25권3호
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• pp.501-505
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• 2021

본 연구에서는 HfO₂와 Al₂O₃ 비율을 조절하여 게이트 절연막을 구성하고, 게이트 절연막에 따른 a-ITGZO 박막트랜지스터의 전기적 특성을 분석하였다. HfO₂ 게이트 절연막, HfO₂와 Al₂O₃ 비율이 2:1인 게이트 절연막, HfO₂와 Al₂O₃ 비율이 1:1인 게이트 절연막으로 구성된 a-ITGZO 박막트랜지스터의 전자이동도는 각각 32.3, 26.4, 16.8 cm²/Vs이고 SS 값은 각각 206, 160, 173 mV/dec 이며 히스테리시스 윈도우 폭은 각각 0.60, 0.12, 0.09 V 이었다. 게이트 절연막에서 Al₂O₃ 비율이 높아질수록 a-ITGZO 박막트랜지스터의 히스테리시스 윈도우 폭이 감소했는데, 이는 Al₂O₃ 비율이 높아질수록 게이트 절연막과 채널 박막 사이의 interface trap density가 감소했기 때문이다.