In-Ga-O 박막에서 Gallium 조성 변화에 의한 박막의 특성변화 연구 및 소자 응용

최근 디스플레이 기술은 급속도로 발전해 가고 있다. 디스플레이 산업의 눈부신 성장에 발맞추어 초고화질, 초고선명, 고속 구동 및 대형화 등을 포함하는 최신 기술의 디스플레이 구동이 필요하다. 이러한 요구사항을 만족하기 위해서는 각 픽셀에 영상정보를 기입하는 충전시간을 급격히 감소시켜야 하고 따라서 픽셀 트랜지스터(TFT)의 이동도는 급격히 증가해야 한다. 따라서 차세대 디스플레이 실현을 위해서 고이동도 특성을 구현 할 수 있는 신물질의 개발이 매우 중요하다. 현재 산화물박막트랜지스터는 차세대 디스플레이 실현을 위해 가장 주목받고 있으며, 실제로 산화물박막 트랜지스터의 핵심소재인 In-Ga-Zn-O(a-IGZO) 산화물의 경우 국내외에서 디스플레이에 적용되어 생산이 시작되고있다. 그러나 a-IGZO 산화물의 경우 이동도가 $5-10cm^2V{\cdot}s$ 수준이어서 향후 개발 되어질 초고해상도/고속구동 디스플레이 실현(이동도 $50cm^2V{\cdot}s$)에는 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 이를 해결 할 수 있는 'post-IGZO' 개발을 위해 In2O3에 Ga2O3를 조성별로 고용시켜 박막의 구조적, 전기적, 광학적 특성 및 TFT를 제작하여 특성 연구를 진행하였다. 조성은 In2O3에 Ga2O3를 7.5%~15% 도핑 하였으며, Sputtering을 이용하여 indium gallium oxide(IGO) 박막을 제작하였다. 박막은 상온 및 $300^{\circ}C$에서 증착 하였으며 증착 된 IGO 박막은 Ga=12.5% 까지는 In2O3에 Ga이 모두 고용되어 cubic In2O3 poly crystalline을 나타내는 것을 확인하였으며 Ga=15%에서 Gallium 관련 2차상이 확인되었다. Ga양이 변화함에 따라 박막의 전기적 특성이 조절 가능하였으며 이를 이용하여 IGO 박막을 30 nm 두께로 증착 하여 IGO 박막을 channel layer로 사용하는 bottom gate structured TFTs를 제작 하였다. IGO TFTs는 Ga=10%에서 on/off ratio ${\sim}10^8$, 그리고 field-effect mobility $84.8cm^2/V{\cdot}S$를 나타내며 초고화질, 초고선명 차세대 디스플레이 적용 가능성을 보여 준다.