• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.310-310
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• 2013

본 연구에서는 Titanium (Ti) source/drain 전극 접합이 차세대 비정질 InGaZnO (IGZO) 기반 박막형 트랜지스터에 미치는 영향을 화학적, 구조적, 전기적 특성 분석을 통하여 관찰하고 Ti/IGZO 접합 특성을 설명할 수 있는 메커니즘을 제시하였다. IGZO 기반 박막형 트랜지스터 소자의 구동 특성은 transmission line method (TLM) 패턴 공정을 이용하여 정량적으로 분석되었다. 비정질 IGZO 기반의 박막형 트랜지스터에서 Ti source/drain 전극 접합에 의한 구동 특성 변화 및 영향을 확인하기 위하여 금속/산화물 계면 반응성이 낮은 silver (Ag) source/drain 전극이 reference로 비교되었으며, 그 결과 Ti source/drain 전극 접합이 적용된 비정질 IGZO 트랜지스터의 경우 Ti 금속과 IGZO 산화물 계면에 형성되는 열역학적으로 안정한 $TiO_x$ 층의 형성에 의해 VT ($-{\Delta}0.52V$) shift 및 saturation mobility ($8.48cm^2$/Vs) 상승됨을 확인하였다. 뿐만 아니라 TLM 패턴을 이용한 IGZO 트랜지스터의 전기적 변수 도출 및 수치적 해석으로부터 $TiO_x$ 계면층 형성이 Ti 금속과 비정질 InGaZnO 계면에서의 effective contact resistivity를 효과적으로 낮출 수 있음을 확인하였다. Ti source/drain 전극 접합에 의해 발생되는 $TiO_x$ 계면층의 화학적, 구조적 특성과 $TiO_x$ 계면층 생성에 의한 소자 특성 변화를 연관시켜 해석함으로써, IGZO 기반 박막형 트랜지스터에서의 Ti source/drain 전극 접합이 비정질 IGZO 기반 박막형 트랜지스터에 미치는 영향을 설명하였다.

• E2M - 전기 전자와 첨단 소재
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• 제31권2호
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• pp.25-35
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• 2018

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.177-177
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• 2013

디스플레이 화소 스위치 소자로 수소화된 비정질 실리콘 박막 트랜지스터를 금속 산화물 반도체 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)로 대체하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 금속 산화물 중에서 박막 트랜지스터의 활성층으로 응용이 가능한 가장 대표적인 물질은 인듐(In), 갈륨(Ga), 아연(Zn), 산소(O) 화합물인 InGaZnO이다. InGaZnO TFT의 전기적 특성은 비정질 실리콘보다 우수한 것으로 확인이 되었지만, 소자의 신뢰성은 아직까지 해결해야 할 문제로 남아있다. 본 연구에서는 InGaZnO TFT를 제작하여 게이트 바이어스와 빛을 소자에 동시에 인가했을 때 발생하는 소자의 열화현상을 분석하였다. 다양한 채널 폭과 길이를 갖는 InGaZnO TFT를 제작하고 동시에 활성층의 구조를 두가지로 제작하였다. 첫번째는 활성층의 폭이 소오스/드레인 전극 폭보다 넓은 구조(active wide, AW)이고 두번째는 활성층의 폭이 소오스/드레인 전극 폭보다 좁은 구조(active narrow, AN) 구조이다. 이들 소자에 대해 +20 V의 게이트 바이어스와 빛을 동시에 인가하여 10000초 후의 소자 특성을 초기 특성과 비교하였을 때는 열화가 거의 발생하지 않았다. 반면 -20 V의 게이트 바이어스와 빛을 동시에 인가하여 10000초 후의 소자 특성을 초기 특성과 비교하면 전달특성 곡선이 음의 게이트 전압 방향으로 이동함과 동시에 문턱전압이하의 동작 영역에서 전달특성 곡선의 hump가 발생하였다. 이 hump 특성은 AW 구조의 소자와 AN 구조의 소자에서 나타나는 정도가 다름을 확인하였다. 이러한 열화 현상의 원인으로 음의 게이트 바이어스와 빛이 동시에 인가될 경우 InGaZnO 박막 내에는 활성층 내에 캐리어 밀도를 증가시키는 donor type의 defect가 발생하는 것으로 추정할 수 있었다. 추가적으로 활성층의 테두리 영역에서는 이러한 defect의 발생이 더 많이 발생함을 알 수 있었다. 따라서, 활성층의 테두리 영역이 소오스/드레인 전극과 직접 연결이 되는 AN 구조에서는 hump의 발생정도가 AW 구조보다 더 심하게 발생한 것으로 분석되었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.214.2-214.2
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• 2015

본 연구에서는 Zr을 첨가한 용액 공정 기반 ZTO:Zr 산화물 반도체 제작 및 열처리 온도에 따른 트랜지스터의 특성 변화를 분석하였다. Zn:Sn=4:7 비율로 고정하고, Zr (0~1%) 비율에 따른 도핑과 열처리 온도($350{\sim}550^{\circ}C$)를 가변하였다. 실험 결과, Zr의 비율이 증가할수록 전류와 이동도가 감소하였고, 문턱전압이 양의 방향으로 이동하는 것을 확인하였다. Zr는 SEP (Standard Electrode Potential)가 -1.45로 Zn (-0.76), Sn (-0.13) 보다 작아 금속과 산소의 결합을 증가시키며, 또한 밴드갭이 ~7 eV로 다른 금속 보다 높아 산소와 결합력이 높다. 이러한 요인은 산화물 내의 산소 원자 결함(Oxygen vacancy)을 감소시킨다. 반대로 열처리 온도가 높아질수록 탈 수산화(Dehydroxylation)로 인한 산소 원자 결함이 증가시켜, Zr 도핑 효과와 반대 경향을 보인다. 실험 결과를 통해 Zr:Zn:Sn=0.5:4:7의 비율과 $550^{\circ}C$ 열처리 조건에서 문턱전압과 이동도, 아문턱 스윙, 전류 온오프 비(Ion/Ioff)가 각각 0.68V, $0.18cm^2/Vs$, 1.06 V/dec, $1.6{\times}10.6$의 특성을 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.418-419
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• 2013

현재, 인듐 주석 산화물(indium tin oxide, ITO) 박막은 가시영역에서 전기적 특성 및 광학적 특성이 우수하기 때문에 평면 디스플레이(flat displays), 박막 트랜지스터(thin film transistors), 태양전지(solar cells) 등을 포함한 광소자에 투명전도성산화물(transparent conducting oxide, TCO) 전극으로 가장 일반적으로 사용되고 있다. 하지만, 이 물질은 밴드갭이 3.4 eV로 다소 작아 다양한 분야의 의료기기, 환경 보호에 응용 가능한 자외선 영역에서 상당히 많은 양의 광흡수가 발생하는 치명적인 문제점을 가지고 있다. 또한, 인듐(Indium)의 급속한 소비는 인듐의 매장량의 한계로 인해 가격을 상승시키는 주요한 원인으로 작용하고 있다. 한편, InGaN 기반의 자외선 발광다이오드 분야에서는 팔라듐(Pd) 기반의 반투명 전극과 은(Ag) 기반의 반사전극을 주로 사용하고 있지만, 낮은 투과도와 낮은 굴절률을 때문에 여전히 자외선 발광다이오드의 광추출 효율(extraction efficiency)에 문제점을 가지고 있다. 따라서 자외선 발광다이오드의 외부양자 효율(external quantum efficiency, EQE)을 높이기 위해 높은 투과도와 GaN와 유사한 굴절률을 가지는 p-형 오믹 전극을 개발해야 한다. 본 연구에서는 초박막의 ITO (16 nm)/Ag (7 nm)/ITO (16 nm) 다층 구조를 갖는 투명전도성 전극을 제작한 후, 열처리 온도에 따른 전기, 광학적 특성에 향상에 대해서 조사하였다. 사용된 산화물/금속/산화물 전극의 구조는 유기발광 다이오드(organic light emitting diode, OLED), 태양전지 등에 많이 사용되는 안정적인 투명 전극을 자외선 LED 소자에 처음 적용하여, ITO의 전체 사용량은 줄이고, ITO 사이에 금속을 삽임함으로써 금속에 의한 전기적 특성 향상과 플라즈몬 효과에 의한 투과도를 높일 수 있는 장점을 가지고 있다. 실험 결과로는, $400^{\circ}C$에서 열처리한 ITO/Ag/ITO 다층 구조는 365 nm에서 84%의 광학적 특성과 9.644 omh/sq의 전기적 특성을 확인하였다. 실험 결과로부터 좀 더 최적화를 수행하면, ITO/Ag/ITO 다층 구조는 자외선 발광다이오드의 투명전도성 전극으로 사용될 수 있을 것이라 기대된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.447-447
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• 2013

최근 전자산업의 발전으로 차세대 디스플레이 소자로 산화물반도체가 주목받고 있다. 산화물 반도체는 저온공정, 높은 이동도 및 투과율을 가지기 때문에 이러한 공정이나 물성 측면에 있어 기존의 a-Si, LTPS 등을 대채할 만한 소자로서 연구가 활발이 이루어지고 있다. 특히 고해상도 및 고속구동이 진행됨에 따라 높은 이동도의 필요성이 대두되고 있다. 본 연구에서는 IGZO 산화물 반도체 박막트랜지스터의 이동도 개선을 위해 나노입자를 사용하였다. 게이트전극으로 사용된 Heaviliy doped P-type Si 기판위에 200 nm의 SiO2 절연층을 성장시킨 후, 채널로 작동하기 위한 IGZO 박막을 증착하기 전에 10~20 nm 크기의 니켈, 금 나노입자를 부착시켰다. 열처리 온도는 $350^{\circ}C$, 90분동안 진행하였고, 100 nm의 알루미늄 전극을 증착시켜 TFT 소자를 제작하였다. TFT 소자가 동작할 시, IGZO 박막 내부의 전자들은 게이트 전압으로 인해 하부로 이동하여 채널을 형성, 동시에 드레인 전압으로 인한 캐리어들의 움직임으로 인해 소자가 동작하게 된다. 본 연구에서는 채널이 형성되는 계면 부근에 전도성이 높은 금속 나노입자를 부착시켜 다수 캐리어인 전자가 채널을 통과할 때 전류흐름에 금속 나노입자들이 기여하여 전기적 특성의 변화에 어떠한 영향을 주는지 연구하였다. 반응시간을 조절하여 기판에 붙는 나노입자의 밀도 변화에 따른 특성과 다양한 크기(5, 10, 20 nm)를 갖는 금, 니켈 나노입자를 포함한 IGZO TFTs 소자를 제작하여 전달특성, 출력특성의 변화를 비교하였고, 실질적인 채널길이의 감소효율과 캐리어 이동도의 변화를 비교분석 하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2010년도 하계학술대회 논문집
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• pp.76-76
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• 2010

유기박막트랜지스터의 특성을 개선하기 위해서는 유기반도체와의 좋은 접합과 유전상수가 주요한 요인으로 작용한다. 무기 산화물 전구체와 유기고분자를 이용하여 유기 고분자의 단정인 낮은 유전율을 개선하였다. 스핀코팅 방법이 아닌 딥코팅 방법을 이용하여 절연막 두께를 10nm정도로 낮추어 구동전압을 개선하였으며 무기 절연체의 높은 누설전류 또한 그 특성이 개선되어 우수한 절연 특성을 보였다. 유-무기 복합체를 이용한 게이트 절연막과 펜타센을 이용한 유기박막트랜지스터의 구동전압은 1V정도에서 구동가능하며, 점멸비, 이동도 모두 개선된 결과를 보였다.

• 한국통신학회논문지
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• 제3권1호
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• pp.18-25
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• 1978

반도체 소자에서 생기는 1/f 형의 잡음의 근원이 무엇인가에 대해 지금까지 여러 이론이 나왔다. 그중에도 Mcwhorter's Surface model이 대표적인 이론이었다. 그러나 Hooge는 이론에 반기를 들고 나왔다. Hooge의 이론에 의하면 thermo cell이나 Concentration cell에서의 1/f-형의 잡음이 표면효과(surface effect)가 아니라는 것이다. 본 논문에서는 이 두 대표적인 이론을 종합검토할 수 있는 Langenvin type의 Boltzmann transport equation에 입각하여 새로운 일반이론을 세웠다. 본 논문에서는 N형 채널을 갖고 있는 금속산화물반도체 전계효과 트랜지스터에서 단일준의 Shockley-Read-Hall recombination center에 의한 단락회로에서 드레인의 1/f-형 잡음스펙트럼을 계산하기 위해 시간에 따라 변화하는 양을 포함시키므로써 각 에너지대의 케리어에 대해 준-페르미준위를 정의할 수 없다고 가정했으므로, 1/f-형의 잡음은 다수케리어 효과에 기인한다고 가정했다. 이러한 가정하에서 유도된 1/f-형의 잡음은 금속산화물반도체 전계효과 트랜지스터에서 1/f-형의 잡음에 중요한 요인들을 모두 보여주었다. : 적주파에서 플렛티유를 나타내지 않았고 채널의 면적 A와 드레인 바이어스 전압 V에 비례하고 체널의 길이 L에 반비례한다. 본 논문의 모델에서는 1/f-응답에서 1/f2에 대한 잡음스트럼의 전이주파수와 P-n 합다이오우드의 surfact center에 관계되는 완화시간(relaxation time)에 대응하는 주파수 사이를 구별하여 설명할 수 있었다. 본 논문의 결과에서 1/f-형 잡음스펙트럼은 격자산란이 주원인이 된다. 금속산화물반도체 전계효과 트랜지스터를 살펴보면 격자산란이 주로 표면에서 일어나기 때문에 1/f-형 잡음이 표면효과라고 말할 수 있다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제26권3호
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• pp.59-62
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• 2019

본 논문은 용액공정용 불소 도핑된 인듈 갈륨 징크 산화물 반도체를 연구하였으며, 박막 트랜지스터 적용 가능성을 확인하였다. 용액형 산화물 반도체를 형성하기 위해, 금속염 전구체 기반 용액을 제조하였으며, 추가적인 불소 도핑을 유도하기 위해 화학적 첨가제로서 암모늄 플로라이드를 이용하였다. 열처리 온도 및 불소 도핑양에 따른 전기적 물성을 고찰함으로서, 300도 저온 열처리를 통해 제조된 산화물 반도체층의 전기적 특성을 향상시켰다. 20 mol% 불소를 도핑하는 경우, $1.2cm^2/V{\cdot}sec$의 이동도 및 $7{\times}10^6$의 점멸비 특성이 발현 가능함을 확인하였다.

• 전기전자학회논문지
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• 제21권1호
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• pp.96-99
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• 2017

본 연구에서는 금속-산화막-반도체 전계효과 트랜지스터의 불순물 분포변동 효과에 미치는 halo 및 LDD 이온주입 공정의 영향을 3차원 소자 시뮬레이션을 통하여 확인하였다. 정확한 시뮬레이션 계산을 위해 kinetic monte carlo 모델을 적용하여 불순물 입자와 결함 낱낱의 거동을 계산하는 원자단위 시뮬레이션을 수행하였다. 문턱전압 및 on-current의 산포를 통해 확인한 결과 halo 이온주입 공정이 LDD 이온주입 공정보다 문턱전압 산포의 경우 약 6.45배 그리고 on-current 산포의 경우 2.46배 더 큰 영향을 미치는 특성을 확인하였다. 그리고 문턱전압과 on-current 산포를 히스토그램으로 나타내어 그 산포를 정규분포로 확인하였다.