• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2016.02a
• /
• pp.262-262
• /
• 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.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2016.02a
• /
• pp.352.1-352.1
• /
• 2016

양자점은 나노미터 크기의 반도체 결정으로 밴드갭에 따라 광학적, 전기적 성질이 달라지는 독특한 성질을 가지는 형광물질으로 활발히 연구되고 있다. 중금속을 기반으로 한 양자점은 높은 발광효율과 광안전성을 가지며, 가시광선 영역에서 빛을 내는 특징을 가지고 있다. 그러나 중금속을 사용하기 때문에 독성이 있어 인체나 환경에 유해하여 응용 연구에 제한적이다. 반면에, 탄소 기반의 양자점은 중금속 기반의 양자점과 비슷한 성질을 가질 뿐만 아니라, 높은 용해도와 낮은 독성으로 인해 생체적합성이 높다는 장점이 있다. 이를 이용하여 발광다이오드(LEDs), 태양전지, 광촉매 뿐만 아니라 바이오이미징, 바이오센서 등 생물학분야에도 응용 될 수 있다. 본 연구에서는 Bottom-up 합성 방법으로 유기전구체를 이용하여 질소를 함유하고 있는 양친매성 탄소 양자점(N-GQDs)을 합성하였다. 합성에 사용한 유기전구체는 기존에 보고된 유기전구체와 다르게 반응 진행 중에도 pH 측정 결과 중성을 나타내며, 반응 온도($225^{\circ}C$)와 유사한 온도에서도 pH 값은 여전히 6.0 이상의 값을 나타냈다. 중성을 띄는 특징으로 인해 추가적인 산제거 과정이나 표면안정화 과정이 필요 없다는 장점을 가지고 있다. 합성된 N-GQDs는 높은 결정성의 원형구조를 가지며, 원자힘현미경(AFM) 분석을 통해 높이가 ~ 1.5 nm 미만으로 3층 이하의 두께로 형성되었음을 확인하였다. 또한, 적외선 분광법(FT-IR) 분석을 통해 O-H기, 방향족 고리의 C = C (또는 C = N)기 및 C-N기가 각각 ~3250, ~1670과 ~1140 cm-1에서 확인할 수 있다. 합성된 양자점을 유기태양전지의 active layer에 소량(2 wt%) 첨가하여 양자점의 광학적, 전기적 성질을 확인하였다. 비교군 유기태양전지보다 N-GQDs가 첨가된 유기태양전지의 외부양자효율(PCE)이 7.3%에서 8.4%로 약 20%가 증가하는 것을 보였다. 이는 양자점이 상대적으로 흡수가 약한 단파장 영역의 빛을 흡수하고 PL을 내어 active layer로 에너지 트랜스퍼 현상이 일어나 전자전달을 원활하게 해 주기 때문이다. 앞으로 본 연구의 가능성과 추가적인 연구를 통해 더 많은 분야에 응용되기를 기대한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2016.02a
• /
• pp.283.2-283.2
• /
• 2016

최근 ZnO는 무독성, 저가격, 수소 플라즈마에 대한 내구성 및 열적 안정성 등의 활발히 연구되고 있으며, III족 원소(Al, Ga, In) 불순물을 도핑하여 전기적 성질의 열적 불안정성을 해결하고 전기적 성질을 향상 시키고 또한 밴드갭 에너지가 3.3 eV 이상으로 증가하여 가시광선 영역에서 광투과율이 높은 투명도 전성 재료를 제공할 수 있다. 본 연구에서는 RF Magnetron Sputtering을 이용하여 내열성과 광학적 측면에서 우수한 성능을 가지는 PES 기판에 표면 에너지를 높이고 치밀한 구조의 박막을 증착하기 위해서 $O_2$ 플라즈마 처리를 하여 ZnO계 투명 전도막을 제작함으로써 투명전극에서 요구하는 $10^{-3}{\Omega}{\cdot}cm$ 이하의 낮은 비저항과 80% 이상의 광투과율을 가지는 방안에 대하여 연구하였다. PES 기판 위에 고밀도 $O_2$ 플라즈마를 이용하여 전 처리를 실시한 후 4인치의 Al-doped ZnO(ZnO 98 wt% : $Al_2O_3$ 2 wt%), AZO의 타겟을 이용하여 상온에서 RF Magnetron Sputtering 법으로 AZO 박막을 증착하였다. PES 기판상의 AZO 박막 두께가(100~400nm) 증가함에 따라 캐리어 농도와 홀 이동도가 점차 증가하는 경향을 보였다. 이는 박막 두께가 증가할수록 면저항과 비저항은 감소하며 결정립 크기가 커지고 결정입계에서 산란이 줄어들기 때문에 전기적 특성이 개선된 것으로 판단된다. 고밀도 $O_2$ 플라즈마 표면처리 시간이 증가함에 따라 플라스틱 기판의 결합에너지와 부착력이 증가하여 AZO 박막의 결정립 크기를 증가시키며, 접촉각은 감소하였다. 또한 급속열처리 온도가 증가함에 따라 전기적 특성과 광학적 특성이 향상됨을 확인할 수 있었다. 제작된 AZO 박막은 급속열처리 시간 10분에서 온도 $200^{\circ}C$일 때, 캐리어 농도 $2.32{\times}10^{21}cm^{-3}$, 홀 이동도 $4.3cm^{-2}/V$로 가장 높은 것을 확인할 수 있었고, 가장 낮은 비저항 $1.07{\times}10^{-3}{\Omega}{\cdot}cm$과 가시광 영역(300 nm ~ 1100 nm)에서의 AZO 박막의 광 투과율은 약 86%를 얻을 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2015.08a
• /
• pp.193.1-193.1
• /
• 2015

실리콘 (Si) 기판 위에 고품질의 갈륨질화물 (GaN) 박막을 성장시키기 위한 노력이 계속되고 있다. 실리콘 기판은 사파이어 기판 보다 경제적인 측면에서 유리하고, 실리콘 직접화 공정에 GaN 소자를 쉽게 접목 가능하다는 장점이 있다. GaN 박막은 2차원 전자 가스형성을 통한 고속소자, 직접 천이형 밴드갭을 이용한 발광소자 및 고전압 소자로써 활용 가능한 물질이다. 종래에는 Si(100) 및 Si(111) 기판 위에 GaN 박막 성장에 대한 연구가 주로 진행되었다. 하지만 대칭성과 격자 불일치도 등 결정학적 특성을 고려할 때 Si(100) 기판 위에 고품질의 GaN 박막을 성장시키는 것은 쉽지 않다. Si(111) 기판은 실리콘 소자 직접화 공정에 적합하지 못한 단점을 가지고 있다. 반면, 최근 Si(110) 기판 위에서 비등방적 변형 제어를 통한 고품질 GaN 박막 성장이 보고 되어 실리콘 집적 소자와 결합한 고전압 소자 및 고속소자 구현에 관한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 투과전자현미경 연구를 바탕으로 Si(110) 기판 위에 성장된 GaN의 미세구조에 관한 연구를 소개한다. 열팽창계수의 차이에 의한 GaN 박막 내 결함 생성을 줄이기 위하여 AlN 완충층이 사용되었다. GaN 박막을 암모니아 ($NH_3$) 유량이 다른 조건에서 성장시킴으로써 GaN 박막 미세구조의 암모니아 유량 의존성에 관한 연구를 진행하였다. GaN 박막에서 투과전자현미경 연구와 X-ray 회절 연구를 통하여 결함 거동 및 결정성을 확인하였다. $NH_3$ 유랑이 증가함에 따라 GaN의 성장 거동이 3차원에서 2차원으로 변화됨을 관찰하였다. 또한, 전위밀도의 증가도 확인되었다. $NH_3$ 유량이 낮은 경우 GaN 전위는 AlN와 GaN 경계에 주로 위치하고 GaN 표면 근처에는 전위밀도가 감소하였으나, $NH_3$ 유량이 높을 경우 GaN 박막 표면까지 전위가 관통됨을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2015.08a
• /
• pp.257.1-257.1
• /
• 2015

Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) 박막 태양 전지에서 buffer layer는 CIGS 흡수층과 TCO 사이의 밴드갭 차이에 대한 문제점과 lattice mismatch를 해결하기 위해 필수적이다. 흔히 buffer layer 물질로는 CdS가 가장 많이 사용되고 있으나 Cd의 독성에 관한 문제가 야기되고 있다. 따라서 ZnS(O, OH) buffer layer가 친환경 물질로 기존의 CdS 버퍼 층의 대체 물질로 각광 받고 있으며, 단파장 범위에서 높은 투과율로 인해 wide band gap의 Chalcopyrite 태양 전지에 응용되는 buffer layer로 많은 연구가 이루어지고 있다. 또한 buffer layer를 최적화 하여 carrier lifetime과 양자 효율이 증가시킬 수 있는 특성을 가지고 있다. 이 연구에서는 Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) 박막에 화학습식공정 (CBD) 방법을 이용하여 최적화된 ZnS(O, OH)의 증착 조건을 찾고, 고품질의 buffer layer를 제조하기 위한 실험에 초점을 맞췄다. 또한, buffer layer의 막질을 개선하고 균일한 막을 제조하기 위해 processing parameters인 시약의 농도, 제조 시간 및 온도 등의 다양한 변화를 통해 실험을 진행하였다. 그 후 최적화된 ZnS(O, OH) buffer layer의 특성 분석을 위해 X-ray diffraction(XRD), photoluminescence (PL), scanning electron microscope (SEM) and GD-OES을 이용하였고, 이를 통해 제조된 CIGS 박막 태양전지는 light induced current-voltage (LIV) and external quantum efficiency (EQE)를 통해 특성 분석을 실시 하였다. 결과적으로, 제조된 ZnS(O, OH) buffer layer의 $ZnSO4{\cdot}7H2O$의 농도는 0.16 M, Thiourea는 0.5 M, NH4OH는 7.5 M, 그리고 반응 온도는 77.5 oC의 조건 하에 CIGS 기판 위에 균일하고 균열이 없는 ZnS(O, OH) 박막을 제조하였으며 이때 제조된 태양전지의 소자 특성은 Voc = 0.478 V, Jsc = 35.79 mA/cm2, FF = 47.77%, ${\eta}=8,18 %$이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2015.08a
• /
• pp.180-180
• /
• 2015

Solution processed Resistive random access memory (ReRAM)은 간단한 공정 과정, 고집적도, 저렴한 가격, 대면적화 플라즈마 데미지 최소화 등의 장점으로 차세대 비휘발성 메모리로 써 많은 관심을 받고 있으며, 주로 high-k 물질인 HfOx, TiOx, ZnO 가 이용 된다. IGZO와 ZTO와 같은 산화물 반도체는 높은 이동도, 대면적화, 넓은 밴드갭으로 인하여 투명한 장점으로 LCDs (Liquid crystal displays)에 이용 가능하며, 최근에는 IGZO와 ZTO에서 Resistive Switching (RS) 특성을 확인한 논문이 보고되면서 IGZO와 ZTO를 ReRAM의 switching medium와 TFT의 active material로써 동시에 활용하는 것에 많은 관심을 받고 있다. 이와 같은 산화물 반도체는 flat panel display 회로에 TFT와 ReRAM의 active layer로써 집적가능 하며 systems-on-panels (SOP)에 적용 가능하다. 하지만 IGZO 보다는 ZTO가 In과 Ga을 포함하지 않기 때문에 저렴하다. 그러므로 IGZO를 대신하는 물질로 ZTO가 각광 받고 있다. 본 실험에서는 ZTO film에 Al을 doping하여 메모리 특성을 평가하였다. 실험 방법으로는 p-type Si에 습식산화를 통하여 SiO2를 300 nm 성장시킨 기판을 사용하였다. 그리고 Electron beam evaporator를 이용하여 Ti를 10 nm, Pt를 100 nm 증착 한다. 용액은 Zn와 Tin의 비율을 1:1로 고정한 후 Al의 비율을 0, 0.1, 0.2의 비율로 용액을 각각 제작하였다. 이 용액을 이용하여 Pt 위에 spin coating방법을 이용하여 1000 rpm 10초, 6000 rpm 30초의 조건으로 AZTO (Al-ZnO-Tin-Oxide) 박막을 증착한 뒤, solvent 및 불순물 제거를 위하여 $250^{\circ}C$의 온도로 30분 동안 열처리를 진행하였다. 이후 Electron beam evaporator를 이용하여 top electrode인 Ti를 100 nm 증착하였다. 제작된 메모리의 전기적 특성은 HP 4156B semiconductor parameter analyzer를 이용하여 측정하였다. 측정 결과, AZTO (0:1:1, 0.1:1:1, 0.2:1:1)를 이용하여 제작한 ReRAM에서 RS특성을 얻었으며 104 s이상의 신뢰성 있는 data retention특성을 확인하였다. 그리고 Al의 비율이 증가할수록 on/off ratio가 증가하고 endurance 특성이 향상되는 것을 확인하였다. 결론적으로 Al을 doping함으로써 ZTO film의 메모리 특성을 향상 시켰으며 AZTO film을 메모리와 트랜지스터의 active layer로써 활용 가능할 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2015.08a
• /
• pp.211.1-211.1
• /
• 2015

최근 용액 공정을 이용한 산화물 반도체에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 넓은 밴드갭을 가지고 있는 산화물 반도체는 높은 투과율을 가지고 있어 투명 디스플레이에 적용이 가능하다. 기존의 박막 진공증착 방법은 진공상태를 유지하기 위한 장비의 가격이 비싸며, 대면적의 어려움, 높은 생산단가 등으로 생산율이 높지 않다. 하지만 용액 공정을 이용하면 대기압에서 증착이 가능하고 대면적화가 가능하다. 그리고 각각의 조성비를 조절하는 것이 가능하다. 이러한 장점에도 불구하고, 소자의 신뢰성이나 저온공정은 중요한 이슈이다. Instability는 threshold voltage (Vth)의 shift 및 on/off switching의 신뢰성과 관련된 parameter이다. 용액은 소자의 전기적 특성을 열화 시키는 수분 과 탄소계열의 불순물을 다량 포함 하고 있어 고품질의 박막을 형성하기 위해서는 고온의 열처리가 필요하다. 기존의 열처리는 고온에서 장시간 이루어지기 때문에 유리나 플라스틱, 종이 기판의 소자에서는 불가능하지만 $100^{\circ}C$ 이하의 저온 공정인 microwave를 이용하면 유리, 플라스틱, 종이 기판에서도 적용이 가능하다. 본 연구에서는 산화물 반도체 중에서 InGaZnO (IGZO)를 용액 공정으로 제작한 juctionless thin-film transistor를 제작하여 기존의 열처리를 이용하여 처리한 소자와 microwave를 이용해서 열처리한 소자의 전기적 특성을 한 달 동안 관찰 하였다. 또한 In:Zn의 비율을 고정한 후 Ga의 비율을 달리하여 특성을 비교하였다. 먼저 p-type bulk silicon 위에 SiO2 산화막이 100 nm 증착된 기판에 RCA 클리닝을 진행 하였고, solution InGaZnO 용액을 spin coating 방식으로 증착하였다. Coating 후에, solvent와 수분을 제거하기 위해서 $180^{\circ}C$에서 10분 동안 baking공정을 하였다. 이후 furnace열처리와 microwave열처리를 비교하기 위해 post-deposition-annealing (PDA)으로 furnace N2 분위기에서 $600^{\circ}C$에서 30분, microwave를 1800 W로 2분 동안 각각의 샘플에 진행하였다. 또한, HP 4156B semiconductor parameter analyzer를 이용하여 제작된 TFT의 transfer curve를 측정하였다. 그 결과, microwave 열처리한 소자의 경우 기존의 furnace 열처리 소자와 비교하여 높은 mobility, 낮은 hysteresis 값을 나타내었으며, 1달간 소자의 특성을 관찰하였을 때 microwave 열처리한 소자의 경우 전기적 특성이 거의 변하지 않는 것을 확인하였다. 따라서 향후 용액공정, 저온공정을 요구하는 소자 공정에 있어 열처리방법으로 microwave를 이용한 활용이 기대된다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
• /
• 2009.11a
• /
• pp.49.2-49.2
• /
• 2009

투명전극은 디스플레이, 태양전지와 같은 광전자 소자에 필수적이며, 지금까지 개발된 재료 중에는 ITO가 가장 투명하면서 전기전도도가 높고 생산성도 좋기 때문에 투명전극의 재료로 사용하고 있다. ITO는 낮은 비저항(${\sim}10^{-4}{\Omega}cm$) 과 높은 투과율 (~85 %), 상대적으로 넓은 밴드갭 에너지 (3.5 eV) 의특성과 같이 뛰어난 전기적 광학적 특성에 반해서 높은 원자재 가격, 불안정한 공급량 등으로 인한 문제점이꾸준히 제기되고 있다. 따라서 $In_2O_3$:Sn, ZnO:Al, ZnO:Ga, ZnO:F, ZnO:B, TiN 등과 같은 물질들로대체하려는 연구가 활발하게 진행되고 있다. ZnO는 ITO보다원자재의 수급이 원활하기 때문에 원가가 낮으며, 상대적으로 낮은 온도에서도 제작이 가능하다. 또한 화학적으로 안정적이므로 ZnO에 Al, Ga 등의 3족 원소를 도핑함으로써 낮은 비저항의 박막 제작이 가능하고, ITO 박막과 비교하여 etching이 쉬우며 기판과의 접착성이 좋으며, sputtering 공정시 plasma 분위기에서의 안정성이 뛰어나고 박막증착율이 높기 때문에 투명전극으로 적합한 재료이다. 본 연구에서는 cylindrical type의 Aldoping된 ZnO single target을 사용하여 박막 증착 압력의 변화를 주어 유리기판 위에 DC sputtering을 하였다. Fieldemission scanning electron microscope (FESEM)을 통해 ZnO:Al 박막의 표면의 형상과 두께를 확인하였으며, X-ray diffraction (XRD) 분석을 통해 박막의 결정학적 특성을 관찰하였다. 투명전극용 물질로서 ZnO:Al 박막의 적합성 여부를 확인하기 위하여 Van der Pauw 방법을 이용하여 박막의 비저항, 전자 이동도, 캐리어 농도를 측정하였으며, 박막의 기계적 성질 및 표면 접착성을 확인하기 위하여 nano-indentaion 분석을 하였다. 또한 UV-vis spectrophotometer를 이용하여 ZnO:Al 박막의 투과율을 분석하여 투명전극으로의 응용 가능성을 확인하였다.

• Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
• /
• v.50 no.10
• /
• pp.231-238
• /
• 2013

This paper describes a DC-DC converter IC for Flat Panel Displays. In case of operate LCD devices various type of DC supply voltage is needed. This device can convert DC voltage from 6~14[V] single supply to -5[V], 15[V], 23[V], and 3.3[V] DC supplies. In order to meet current and voltage specification considered different type of DC-DC converter circuits. In this work a negative charge pump DC-DC converter(-5V), a positive charge pump DC-DC converter(15V), a switching Type Boost DC-DC converter(23V) and a buck DC-DC converter(3.3V). And a oscillator, a thermal shut down circuit, level shift circuits, a bandgap reference circuits are designed. This device has been designed in a 0.35[${\mu}m$] triple-well, double poly, double metal 30[V] CMOS process. The designed circuit is simulated and this one chip product could be applicable for flat panel displays.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
• /
• v.13 no.5
• /
• pp.235-240
• /
• 2003

The development of large area GaN substrates is one of important issues in expanding of GaN-based applications. In order to investigate the possibility, GaN thick films were grown by a sublimation technique, using MOCVD-GaN films grown on a sapphire as a seed-crystal substrate and a commercial GaN powder as a source material. The pressure in chamber under the fixed flow rate of $N_2$ gas and $NH_3$ gas was kept at 1 atmosphere and the effects of the various processing parameters such as the distance between source material and seed crystal, the temperature of top- and bottom heater and the growth time during the growth of GaN thick film were investigated. The growth feature and microstructure of the GaN thick films were observed by SEM and XRD. The optical bandgap properties and the defects were evaluated by the PL measurement. By these results, the growth conditions such as the distance between the GaN source and the seed substrate, the growth temperature and the growth time were determined for the satisfied growth of GaN thick films.