Thin Film Transistor Characteristics with ZnO Channel Grown by RF Magnetron Sputtering

RF Magnetron Sputtering으로 증착된 ZnO의 증착 특성과 이를 이용한 Thin Film Transistor특성

Low temperature processed ZnO-TFTs on glass below $270^{\circ}C$ for plastic substrate applications were fabricated and their electrical properties were investigated. Films in ZnO-TFTs with bottom gate configuration were made by RF magnetron sputtering system except for $SiO_2$ gate oxide deposited by ICP-CVD. ZnO channel films were grown on glass with various Ar and $O_2$ flow ratios. All of the fabricated ZnO-TFTs showed perfectly the enhancement mode operation, a high optical transmittance of above 80% in visible ranges of the spectrum. In the ZnO-TFTs with pure Ar process, the field effect mobility, threshold voltage, and on/off ratio were measured to be $1.2\;cm^2/Vs$, 8.5 V, and $5{\times}10^5$, respectively. These characteristic values are much higher than those of the ZnO-TFTs of which ZnO channel layers were processed with additional $O_2$ gas. In addition, ZnO-TFT with pure Af process showed smaller swing voltage of 1.86v/decade compared to those with $Ar+O_2$ process.

플라스틱 기판에 적용이 가능한 최대 공정온도 $270^{\circ}C$ 이하에서 ZnO-TFT 소자를 제작하였다. ZnO-TFT 소자는 bottom gate 구조로 제작되었으며, ICP-CVD로 형성된 $SiO_2$ 산화물 게이트 공정을 제외하고는 모든 박막증착 공정은 RF-magnetron sputtering process를 이용하였다. ZnO 박막은 Ar과 $O_2$ gas 유량의 비율에 따라 여러 가지 조건에서 RF-magnetron sputtering 시스템을 이용하여 상온에서 증착하였다. Ar과 $O_2$ gas의 비율에 따라 제작된 TFT 소자는 모두 enhancement 모드의 소자특성을 나타내었고, 또한 가시광선영역에 있어 80% 이상의 높은 투과율을 보였다. ZnO 증착시 순수 Ar을 사용하여 제작된 ZnO-TFT의 경우에, $1.2\;cm^2/Vs$의 field effect mobility, 8.5 V의 threshold voltage, 그리고 $5{\times}10^5$의 높은 on/off ratio, 1.86 V/decade의 swing voltage로 가장 우수한 전기적 특성을 보였다.