• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2008년도 제35회 하계학술대회 초록집
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• pp.278-278
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• 2008

• 전자통신동향분석
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• 제27권5호
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• pp.109-125
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• 2012

액정 디스플레이의 산업 규모는 놀라운 속도로 확대되고 있다. 그 원동력이 된 것이 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor: TFT) 기술의 발전에 있다. 비정질 실리콘(Amorphous Silicon: a-Si) TFT 기술은 대형 액정 TV를 탄생시키고, 저온 폴리실리콘 TFT는 휴대전화 등의 중소형 디스플레이와 AMOLED의 핵심 기술이 되었다. 또한 다양한 TFT 기술 seeds가 계속해서 출현하여 정보 인프라와 생활 스타일에 맞춘 새로운 정보기기의 출현을 예감시키고 있다. 새로운 응용제품의 요구는 새로운 기술 개발의 견인차가 되고 있다. 최근에는 이러한 요구에 따라 산화물 TFT, 마이크로 결정실리콘(microcrystalline Si: ${\mu}c-Si$) TFT, 유기물 TFT 등의 기술도 활발하게 연구개발되고 있다. 본고에서는 지금까지의 TFT 기술 개발의 발전사를 뒤돌아보고 지금부터의 발전 방향을 박막 트래지스터 기술 이노베이션 관점으로부터 전망하였다.

• 전기전자학회논문지
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• 제26권3호
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• pp.500-505
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• 2022

본 연구에서는 새로운 구조의 dual gate tri-layer split channel 박막트랜지스터를 제작하였다. 전류 구동 능력을 향상시키기 위해 액티브 층의 양쪽에 게이트를 형성하였고 전하이동도를 증가시키기 위하여 액티브 층에서 채널이 형성되는 구간인 첫번째 층과 세번째 층에 전도성이 높은 ITO 층을 배치하였다. 추가적으로 분할 채널을 이용하여 채널의 series 저항을 낮추면서 분할한 채널의 측면에서도 accumulation을 유도하여 전하이동도를 향상시켰다. 기존의 single gate a-ITGZO 박막트랜지스터가 15 cm²/Vs의 전하이동도를 가지는 반면 dual gate tri-layer split channel 박막트랜지스터는 134 cm²/Vs의 높은 전하이동도를 가졌다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.339-339
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• 2012

지난 몇 년 동안, 투명 비정질 산화물 반도체는 유기 발광 다이오드, 플렉서블 전자 소자, 솔라 셀, 바이오 센서 등 많은 응용분야에 연구되고 있다. 투명 비정질 산화물 반도체 그룹들 중, 특히 비정질 IGZO 박막 트랜지스터는 비정질 상태임에도 불구하고 높은 이동도와 낮은 동작 전압으로 훌륭한 소자 특성을 보인다. 이러한 고성능의 IGZO 박막 트랜지스터는 RF 마그네트론 스퍼터링이나 pulsed laser deposition과 같은 고진공 장비를 이용하여 이미 여러 그룹에서 제작되고 발표되었다. 하지만 진공 증착 시스템은 제조 비용의 절감이나 디스플레이 패널의 대면적화에 큰 걸림돌이 되고 있고, 이러한 문제점을 극복하기 위해서 용액 공정은 하나의 해결책이 될 수 있다. 용액 공정의 가장 큰 장점으로는 저온 공정이 가능하기 때문에 글라스나 플라스틱 기판에서 대면적으로 제작할 수 있고 진공 장비가 필요없기 때문에 제조 비용을 획기적으로 절감시킬 수 있다. 본 연구에서는 high-k 게이트 절연막과 IGZO 채널 층을 용액 공정을 이용하여 박막 트랜지스터를 제작하고 그에 따른 전기적 특성을 분석하였다. IGZO의 몰 비율은 In, Ga, Zn 순으로 각각 0.2 mol, 0.1 mol, 0.1 mol로 제작하였고, high-k 게이트 절연막으로는 Al2O3, HfO2, ZrO2을 제작하였다. 또한, 용액 공정 IGZO TFT를 제작하기 전, 용액 공정 high-k 게이트 절연막 캐패시터를 제작하여 그 특성을 분석하였다. 다양한 용액 공정 high-k 게이트 절연막 중, 용액공정 HfO2를 이용한 IGZO TFT는 228.3 [mV/dec]의 subthreshold swing, 18.5 [$cm^2/V{\cdot}s$]의 유효 전계 이동도, $4.73{\times}106$의 온/오프 비율을 보여 매우 뛰어난 전기적 특성을 확인하였다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2010년도 춘계학술발표대회
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• pp.54.2-54.2
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• 2010

최근까지는 주로 비정질 실리콘이 디스플레이의 채널층으로 상용화 되어왔다. 비정질 실리콘 기반의 박막 트랜지스터는 제작의 경제성 및 균일성을 가지고 있어서 널리 상용화되고 있다. 하지만 비정질 실리콘의 구조적인 문제인 낮은 전자 이동도(< $1\;cm^2/Vs$)로 인하여 디스플레이의 대면적화에 부적합하며, 광학적으로 불투명한 특성을 갖기 때문에 차세대 디스플레이의 응용에 불리한 점이 있다. 이런 문제점의 대안으로 현재 국내외 여러 연구 그룹에서 산화물 기반의 반도체를 박막 트랜지스터의 채널층으로 사용하려는 연구가 진행중이다. 산화물 기반의 반도체는 밴드갭이 넓어서 광학적으로 투명하고, 상온에서 증착이 가능하며, 비정질 실리콘에 비해 월등히 우수한 이동도를 가짐으로 디스플레이의 대면적화에 유리하다. 특히 Zinc Oxide의 경우, band gap이 3.4eV로써, transparent conductors, varistors, surface acoustic waves, gas sensors, piezoelectric transducers 그리고 UV detectors 등의 많은 응용에 쓰이고 있다. 또한, a-Si TFTs에 비해 ZnO-based TFTs의 경우 우수한 소자 성능과 신뢰성을 나타내며, 대면적 제조시 우수한 균일성 및 낮은 생산비용이 장점이다. 그러나 ZnO-baesd TFTs의 경우 일정한 bias 아래에서 threshold voltage가 이동하는 문제점이 displays의 소자로 적용하는데 매우 중요하고 문제점으로 여겨진다. 특히 gate insulator와 channel layer사이의 interface에서의 defect에 의한 charge trapping이 이러한 문제점들을 야기한다고 보고되어진다. 본 연구에서는 Zinc Oxide 기반의 박막 트랜지스터를 DC magnetron sputtering을 이용하여 상온에서 제작을 하였다. 또한, $Si_3N_4$ 기판 위에 electron cyclotron resonance (ECR) $O_2$ plasma 처리와 plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD)를 통하여 $SiO_2$ 를 10nm 증착을 하여 interface의 개선을 시도하였다. 그리고 TFTs 소자의 출력 특성 및 전이 특성을 평가를 하였고, 소자의 field effect mobility의 값이 향상을 하였다. 또한 Temperature, Bias Temperature stability의 조건에서 안정성을 평가를 하였다. 이러한 interface treatment는 안정성의 향상을 시킴으로써 대면적 디스플레의 적용에 비정질 실리콘을 대체할 유력한 물질이라고 생각된다.

• 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.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2011년도 추계학술발표대회
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• pp.15.2-15.2
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• 2011

비휘발성 저항 메모리소자인 resistance random access memory (ReRAM)는 간단한 소자구조와 빠른 동작특성을 나타내며 고집적화에 유리하기 때문에 차세대 메모리소자로써 각광받고 있다. 현재, 이성분계 산화물, 페로브스카이트 산화물, 고체 전해질 물질, 유기재료 등을 응용한 저항 메모리소자에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 중 ZnO를 기반으로 하는 amorphous InGaZnO (a-IGZO) 박막은 active layer 로써 박막트랜지스터 적용 시 우수한 전기적 특성을 나타내며, 빠른 동작특성과 높은 저항 변화율을 보이기 때문에 ReRAM 에 응용 가능한 재료로써 기대되고 있다. 또한 가시광선 영역에서 광학적으로 투명한 특성을 보이기 때문에 투명소자로서도 응용이 기대되고 있다. 본 연구에서는 indium tin oxide (ITO) 투명 전극을 적용한 ITO/a-IGZO/ITO 구조의 투명 소자를 제작하여 저항 메모리 특성을 평가하였다. Radio frequency (RF) sputter를 이용하여 IGZO 박막을 합성하고, ITO 전극을 증착하여 투명 저항 메모리소자를 구현하였고, resistive switching 효과를 관찰하였다. 또한, 열처리를 통해 a-IGZO 박막 내의 Oxygen vacancy와 같은 결함의 정도에 따른 on/off 저항의 변화를 관찰할 수 있었다. 제작된 저항 메모리소자는 unipolar resistive switching 특성을 보였으며, 높은 on/off 저항의 차이를 유지하였다. Scanning electron microscope (SEM)을 통해 합성된 박막의 형태를 평가하였고, X-ray diffraction (XRD) 및 transmission electron microscopy (TEM)을 통해 결정성을 평가하였다. 제작된 소자의 전기적 특성은 HP-4145 를 이용하여 측정하고 비교 분석하였다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2012년도 춘계학술발표대회
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• pp.78.1-78.1
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• 2012

비 휘발성 저항 메모리소자인 resistance random access memory (ReRAM)는 빠른 동작특성과 저 전압 특성을 나타내고 비교적 간단한 소자구조로 고집적화에 유리하여 기존의 DRAM과 flash 메모리, SRAM 등이 갖고 있는 한계를 극복할 수 있는 차세대 메모리소자로써 각광받고 있다. 현재, 이성분계 산화물, 페로브스카이트 산화물, 고체 전해질 물질, 유기재료 등을 응용한 저항 메모리소자에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 중 ZnO 를 기반으로 하는 amorphous InGaZnO (a-IGZO) 박막은 저온에서 대면적 증착이 가능하며 다른 비정질 재료에 비해 높은 전하 이동도를 갖기 때문에 박막트랜지스터 적용 시 우수한 전기적 특성을 나타낸다. 또한 빠른 동작특성과 높은 저항 변화율을 보이기 때문에 ReRAM에 응용 가능한 재료로써 기대되고 있다. 본 연구에서는 MOM(metal/oxide/metal) 구조를 기반한 TiN/a-IGZO/ITO 구조의 소자를 제작하여 저항 메모리 특성을 평가하였다. IGZO 박막은 radio frequency (RF) sputter 를 이용하여 ITO/glass 기판 위에 증착하였다. MOM 구조를 위한 상부 TiN 전극은 e-beam evaporation 을 이용하여 증착하였다. 제작된 저항 메모리소자는 안정적인 unipolar resistive switching 특성을 나타내었으며, TiN 상부전극과 IGZO 계면 간의 Transmission Electron Microscopy (TEM) 분석을 통해 전압 인가 후 전극 금속 물질의 박막 내 삽입으로 인한 금속 필라멘트의 형성을 관찰 할 수 있었다. 합성된 박막의 형태와 결정성은 Scanning electron microscope (SEM)와 X-ray Diffraction (XRD)을 통해 평가 하였으며, 제작된 소자의 전기적 특성은 HP-4145 를 이용하여 측정하고 비교 분석하였다.

• 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.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제37회 하계학술대회 초록집
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• pp.144-144
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• 2009