• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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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.

• Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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• 2014.10a
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• pp.769-772
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• 2014

The device reliability in amorphous InGaZnO under NBS(Negative Bias Stress) and hot carrier stress with different gate overlap has been characterized. Amorphous InGaZnO thin film transistor has been measured. and is channel $width=104{\mu}m$, $length=10{\mu}m$ with gate overlap $length=0,1,2,3{\mu}m$. The device reliability has been analyzed by I-V characteristics. From the experiment results, threshold voltage variation has been increased with increasing of the gate overlap length after hot carrier stress. Also, threshold voltage variation has been decreased and Hump Effect has been observed later with increasing of the gate overlap length after NBS.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2011.05a
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• pp.61.2-61.2
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• 2011

넓은 밴드갭을 가지고 있어 가시광에서 투명하며 높은 이동도를 가진 산화물 반도체는 기존의 Si 기반 TFT 소자를 대체할 차세대 디스플레이의 핵심 소재기술로 관심이 높아지고 있다. 그러나 대표적인 산화물 반도체인 In-Ga-Zn-O (IGZO)에 포함된 인듐의 수요 증가에 따른 가격 급등 문제로 이를 대체할 수 있는 새로운 산화물 반도체 재료에 대한 연구의 필요성이 대두되고 있다. 이에 비교적 저가의 물질로 구성된 Zn-Sn-O계 산화물 소재에 대한 연구가 진행된 바 있으나, 높은 수준의 캐리어 농도를 가지고 있어 TFT 채널용 반도체소재로 적용되기 위해서는 이를 $10^{17}\;cm^{-3}$ 이하로 조절할 수 있는 기술개발이 요구된다. 본 연구는 마그네트론 스퍼터링법을 이용하여 증착된 Ga-Zn-Sn-O (GZTO) 박막의 갈륨 첨가에 따른 특성변화를 조사하였다. GZO ($Ga_2O_3$ 5wt%)와 $SnO_2$ 타켓의 인가 파워를 고정한 상태에서 $Ga_2O_3$ 타켓의 인가 파워를 0~100W로 조절하여 박막 내 Ga 함량을 증가시켰다. 제조된 모든 GZTO 박막은 Ga함량에 관계없이 비정질 구조를 가지며 가시광 영역에서 약 78%의 우수한 투과율을 나타낸다. Ga 함량에 따라 박막의 구조적, 광학적 특성은 크게 변하지 않지만 전기적 특성은 뚜렷한 변화를 나타냈다. $Ga_2O_3$ 파워가 증가할수록 박막 내 캐리어 농도와 이동도의 감소로 비저항이 크게 증가하는데 특히 캐리어 농도는 $Ga_2O_3$ 파워가 0에서 100W로 증가할 때 $2{\times}10^{18}$에서 $8{\times}10^{14}\;cm^{-3}$으로 감소하였다. 이는 Ga-O의 화학적 결합 에너지가 다른 원소들(Zn 또는 In)에 비해 커서 박막 내 산소공공의 감소가 야기되었기 때문이다. 이러한 전기물성의 변화를 이해하기 위해 XPS 분석을 수행하였다. 제조된 GZTO 박막은 $Ga_2O_3$ 파워가 증가함에 따라 O 1s peak에서 산소공공과 관련된 530.8 eV peak의 intensity가 감소한다. 따라서 Ga을 첨가에 따른 캐리어 농도의 감소는 산소공공의 발생억제로 기인한 것으로 판단되며, 본 연구결과는 ZTO계 비정질 산화물 반도체의 활용가능성을 제시하였다.

• Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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• v.22 no.1
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• pp.117-124
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• 2018

Junctionless amorphous InGaZnO thin film transistors with different film thickness have been fabricated. Their device performance parameters were extracted and gate oxide breakdown voltages were analyzed with different film thickness. The device performances were enhanced with increase of film thickness but the gate oxide breakdown voltages were decreased. The device performances were enhanced with increase of temperatures but the gate oxide breakdown voltages were decreased due to the increased drain current. The drain current under illumination was increased due to photo-excited electron-hole pair generation but the gate oxide breakdown voltages were decreased. The reason for decreased breakdown voltage with increase of film thickness, operation temperature and light intensity was due to the increased number of channel electrons and more injection into the gate oxide layer. One should decide the gate oxide thickness with considering the film thickness and operating temperature when one decides to replace the junctionless amorphous InGaZnO thin film transistors as BEOL transistors.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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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.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.74-74
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• 2011

최근 새로운 형태의 디스플레이에 관한 관심이 집중되고 있다. 이들 중 특히 투명 산화물 반도체는 기존의 실리콘 기반의 반도체에 비해 가시광 영역에서 높은 투과도를 보이며, 또한 기존의 비정질 실리콘 소자에 비해서 10 cm2/Vs이상의 높은 전하 이동도 값을 가진다. 본 연구에서는 투명 산화물 반도체 소재 중 InGaZnO4를 사용하여 펄스 레이저 방법으로 Al2O3 (0001)기판 위에 비정질 상태인 a-InGaZnO4 박막을 성장 시켰다. 박막의 증착 온도를 변화(RT, $50^{\circ}C$, $150^{\circ}C$, $250^{\circ}C$, $450^{\circ}C$, $550^{\circ}C$)시켜 성장된 박막의 구조적, 화학적, 전기적 그리고 광학적 특성을 조사하였다. 증착 온도가 $450{\sim}550^{\circ}C$ 사이에서 박막의 상태가 비정질(amorphous)에서 polycrystalline으로 성장되는 것을 X-Ray Diffraction과 Field Emission-Scanning Electron Microscope를 이용하여 확인하였고 이는 InGaZnO4 박막의 결정화 온도가 $450^{\circ}C$ 이상임을 알 수 있었다. X-ray Photoelectron Spectroscopy를 통해서 target 물질과 성장된 박막의 조성 및 화학적 상태를 고찰한 결과, 박막의 결정성 변화가 화학적 상태 변화와는 무관하다는 사실을 알 수 있었다. 온도 의존 비저항 측정을 통해 박막이 반도체 성향을 가지는 것을 확인 하였다. 또한 Hall 측정 결과 증착 온도가 올라 갈수록 전하 밀도는 증가 하지만, 전하 이동도는 다결정 박막($550^{\circ}C$)에서 급격히 감소하고, 이로 인해 비저항 값이 크게 증가함을 알 수 있었다. 이는 다결정 박막 내 존재하는 grain boundary들이 이동도 값에 영향을 준다는 것으로 추측할 수 있다. Ultra violet-Visible-Near Infrared 측정을 통해 가시광 영역에서 80%이상의 투과율을 나타내며 증착 온도가 증가함에 따라 에너지 밴드갭(Eg)이 커지는 것을 확인 할 수 있는데 이는 Hall 측정 결과에서 확인한 전하 밀도의 증가로 인해 에너지 밴드갭이 커지는 Burstein-Moss 효과로 설명할 수 있다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.241.2-241.2
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• 2013

최근, 비정질 산화물 반도체 thin film transistor (TFT)는 수소화된 비정질 실리콘 TFT와 비교하여 높은 이동도와 큰 on/off 전류비, 낮은 구동 전압을 가짐으로써 빠른 속도가 요구되는 차세대 투명 디스플레이의 TFT로 많은 연구가 진행되고 있다. 한편, 기존의 MOSFET 제작 시 우수한 박막을 얻기 위해서는 $500^{\circ}C$ 이상의 높은 열처리 온도가 필수적이며 이는 유리 기판과 플라스틱 기판에 적용하는 것이 적합하지 않고 높은 온도에서 수 시간 동안 열처리를 수행해야 하므로 공정 시간 및 비용이 증가하게 된다는 단점이 있다. 따라서, 본 연구에서는 RF sputter를 이용하여 증착된 비정질 InGaZnO pesudo MOSFET 소자를 제작하였으며, thermal 열처리와 microwave 열처리 방식에 따른 전기적 특성을 비교 및 분석하고 각 열처리 방식의 열처리 온도 및 조건을 최적화하였다. P-type bulk silicon 위에 산화막이 100 nm 형성된 기판에 RF 스퍼터링을 이용하여 InGaZnO 분말을 각각 1:1:2mol% 조성비로 혼합하여 소결한 타겟을 사용하여 70 nm 두께의 InGaZnO를 증착하였다. 연속해서 Photolithography 공정과 BOE(30:1) 습식 식각 과정을 이용해 활성화 영역을 형성하여 소자를 제작하였다. 제작 된 소자는 pseudo MOSFET 구조이며, 프로브 탐침을 증착 된 채널층 표면에 직접 접촉시켜 소스와 드레인 역할을 대체하여 동작시킬 수 있어 전기적 특성을 간단하고 간략화된 공정과정으로 분석할 수 있는 장점이 있다. 열처리 조건으로는 thermal 열처리의 경우, furnace를 이용하여 각각 $300^{\circ}C$, $400^{\circ}C$, $500^{\circ}C$, $600^{\circ}C$에서 30분 동안 N2 가스 분위기에서 열처리를 실시하였고, microwave 열처리는 microwave를 이용하여 각각 400 W, 600 W, 800 W, 1000 W로 20분 동안 실시하였다. 그 결과, furnace를 이용하여 열처리한 소자와 비교하여 microwave 를 통해 열처리한 소자에서 subthreshold swing (SS), threshold voltage (Vth), mobility 등이 개선되는 것을 확인하였다. 따라서, microwave 열처리 공정은 향후 저온 공정을 요구하는 MOSFET 제작 시의 훌륭한 대안으로 사용 될 것으로 기대된다.

• Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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• v.21 no.9
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• pp.1627-1634
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• 2017

In this work, a junctionless transistor with different film thickness of amorphous InGaZnO has been fabricated and it's instability has been analyzed with different film thickness under positive and negative gate stress as well as light illumination. It was found that the threshold voltage shift and the variation of drain current have been increased with decrease of film thickness under the condition of gate stress and light illumination. The reasons for the observed results have been explained by stretched-exponential model and device simulation. Due to the reduced carrier trapping time with decrease of film thickness, electrons and holes can be activated easily. Due to the increase of vertical channel electric field reaching the back interface with decrease of film thickness, more electrons and holes can be accumulated in back interface. When one decides the film thickness for the fabrication of junctionless transistor, the more significant device instability with decrease of film thickness should be consdered.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.165-165
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• 2010

GaInZnO는 투명 비정질 산화물 반도체로서 태양전지, 평판 액정 디스플레이, 잡음방지 코팅, 터치 디스플레이 패널, 히터, 광학 코팅 등 여러 응용에 쓰인다. 이 논문에서는 투명전자소자로 관심을 모으고 있는 GaInZnO의 전자적 그리고 전기적 특성을 측정하였다. GaInZnO 박막은 $SiO_2$ (100)/Si 기판위에 RF 마그네트론 스퍼터링 증착법으로 $Ga_2O_3:In_2O_3:ZnO$의 조성이 2:2:1로 된 타겟을 가지고 박막을 성장시켰다. 성장한 후에 RTP를 이용하여 30분간 열처리 하였다. GaInZnO의 전자적 특성을 나타내는 띠틈 및 실리콘 기판과의 원자가 띠 오프셋 값을 측정하였으며, 이 값들을 통해 GaInZnO박막과 실리콘 기판과의 띠 정렬도 수행하였다. 띠틈은 반사 전자 에너지 손실 분광법(REELS)을 이용하여 측정하였고, 원자가 띠 오프셋은 광전자 분광법(XPS)을 이용하여 측정하였다. 열처리 온도가 $400^{\circ}C$까지는 띠틈의 변화 및 XPS 결합에너지의 변화가 없는 것으로 보아 열적안정성이 우수함을 알 수 있다. 반면 $450^{\circ}C$에서의 띠틈이 감소하는 것으로 보아 $450^{\circ}C$에서는 열적안정성이 깨지는 것을 알 수 있다. GaInZnO 박막을 채널 층으로 하고 전극은 알루미늄(Al)으로 된 TFT를 제작하여 전기적 특성을 조사하였다. TFT 특성 결과 이동도가 약, subthreshold swing(S.S)이 약 1.5 V/decade, 점멸비가 약 $10^7$으로 측정되었다. 유리 위에 증착시킨 GaInZnO 박막의 투과율을 측정해본 결과 모든 시료가 가시광선 영역에서 80%이상의 투과율을 갖는 것으로 보아 투명전극소자로 응용이 가능하다는 것을 알 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.364-364
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• 2012

평판 디스플레이 분야에 투명 비정질 산화물 반도체는 박막 트렌지스터(Thin film transistor; TFT)소자의 채널층으로 사용할 수 있다. 투명 비정질 산화물 반도체 IGZO (In-Ga-Zn-O)는 다른 비정질 재료에 비해 높은 전하 이동도를 가지기 때문에 우수한 성능의 TFT소자를 제작할 수 있다. 본 연구에서는 RF magnetron sputtering법으로 corning 1737 유리기판 위에 RF 파워의 변화에 따라 증착한 IGZO박막의 광학적 전기적 특성 변화를 연구하였다. 박막 증착 조건은 초기 압력 $2.0{\times}10^{-6}Torr$, 증착 압력 $2.0{\times}10^{-2}Torr$, 반응가스 Ar 25 sccm, 증착 온도는 실온으로 고정하였으며, 공정변수로 RF 파워를 25 w, 50 w, 75 w, 100 w로 변화시키며, IGZO 타겟은 $In_2O_3$, $Ga_2O_3$, ZnO 분말을 각각 1 : 1 : 2mol% 조성비로 혼합하여 소결한 타겟을 사용하였다. 표면분석(AFM)결과 RF 파워가 증가함에 따라 거칠기가 증가하였으며, XRD 분석결과 Bragg's 법칙을 만족하는 피크가 나타나지 않는 비정질 구조임을 확인할 수 있었다. 가시광 영역에서 (450~700 nm) 25 w일 때 85% 이상을 확인하였고, RF 파워가 증가할수록 밴드갭이 감소하는 것을 확인하였다. RF 파워가 100 w인 경우 carrier 밀도는 $7.7{\times}10^{19}cm^{-3}$, Mobility $8.42cm^2V-s$, Resistivity $9.45{\times}10^{-3}{\Omega}-cm$로 투명 전도막의 특성을 보였다.