• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.263-263
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• 2016

최근 반도체 시장에서는 저비용으로 고성능 박막 트랜지스터(TFT)를 제작하기 위한 다양한 기술들이 연구되고 있다. 먼저, 재료적인 측면에서는 비정질 상태에서도 높은 이동도와 가시광선 영역에서 투명한 특성을 가지는 산화물 반도체가 기존의 비정질 실리콘이나 저온 폴리실리콘을 대체하여 차세대 디스플레이의 구동소자용 재료로 많은 주목받고 있다. 또한, 공정적인 측면에서는 기존의 진공장비를 이용하는 PVD나 CVD가 아닌 대기압 상태에서 이루어지는 용액 공정이 저비용 및 대면적화에 유리하고 프리커서의 제조와 박막의 증착이 간단하다는 장점을 가지기 때문에 활발한 연구가 이루어지고 있다. 특히 산화물 반도체 중에서도 indium-gallium-zinc oxide (IGZO)는 비교적 뛰어난 이동도와 안정성을 나타내기 때문에 많은 연구가 진행되고 있지만, 산화물 반도체 기반의 박막 트랜지스터가 가지는 문제점 중의 하나인 문턱전압의 불안정성으로 인하여 상용화에 어려움을 겪고 있다. 따라서, 본 연구에서는 기존의 산화물 반도체의 불안정한 문턱전압의 문제점을 해결하기 위해 마이크로웨이브 열처리를 적용하였다. 또한, 기존의 IGZO에서 suppressor 역할을 하는 값비싼 갈륨(Ga) 대신, 저렴한 지르코늄(Zr)과 하프늄(Hf)을 각각 적용시켜 용액 공정 기반의 Zr-In-Zn-O (ZIZO) 및 Hf-In-Zn-O (HIZO) TFT를 제작하여 시간에 따른 문턱 전압의 변화를 비교 및 분석하였다. TFT 소자는 p-Si 위에 습식산화를 통하여 100 nm 두께의 $SiO_2$가 열적으로 성장된 기판 위에 제작되었다. 표준 RCA 세정을 진행하여 표면의 오염 및 자연 산화막을 제거한 후, Ga, Zr, Hf 각각 suppressor로 사용한 IGZO, ZIZO, HIZO 프리커서를 이용하여 박막을 형성시켰다. 그 후 소스/드레인 전극 형성을 위해 e-beam evaporator를 이용하여 Ti/Al을 5/120 nm의 두께로 증착하였다. 마지막으로, 후속 열처리로써 마이크로웨이브와 퍼니스 열처리를 진행하였다. 그 결과, 기존의 퍼니스 열처리와 비교하여 마이크로웨이브 열처리된 IGZO, ZIZO 및 HIZO 박막 트랜지스터는 모두 뛰어난 안정성을 나타냄을 확인하였다. 결론적으로, 본 연구에서 제안된 마이크로웨이브 열처리된 용액공정 기반의 ZIZO와 HIZO 박막 트랜지스터는 추후 디스플레이 산업에서 IGZO 박막 트랜지스터를 대체할 수 있는 저비용 고성능 트랜지스터로 적용될 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2009.05a
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• pp.25.2-25.2
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• 2009

최근 아연산화물과 같은 무기산화물 박막 트랜지스터를 디스플레이의 구동 소자, RFID, 스마트 창으로 활용하기 위한 연구가 많이 이루어지고 있다. 특히, 산화아연 박막 트랜지스터는 기존의 비정질 실리콘이나 저온 제작된 다결정 실리콘을 active layer로 사용해 제작된 소자에 비하여 AMOLED나 AMLCD를 구동하기 충분한 전자 이동도, 환경적으로 안정한 특성을 보이고 비교적 저렴한 가격으로 제작 가능하며 넓은 밴드갭으로 인하여 가시광선 영역에서 투명한 특성을 보인다. 본 연구에서는 Zinc acetate dehydrate를 전구체로 사용하고 ethanolamine 을 솔 안정화제로 사용하여 간단하고 경제적인 솔-젤 방법을 통하여 Zinc Oixde (ZnO)를 active layer로 사용한 박막 트랜지스터를 제작하였다. ZnO 박막 트랜지스터는 전구체 용액을 기판 위에 스핀 코팅한 후 열처리 과정을 통하여 제작되었고 제작된 ZnO 박막 트랜지스터는 가시광선 영역에서 높은 투과도 (>90%) 를 보였다. 산화 아연 박막 트랜지스터의 특성을 향상 시키기 위하여 전구체 용액의 농도 조절, ZnO 박막의 두께 조절, 열처리 온도의 조절 등과 같은 연구를 수행하였다. 여러 공정 조건의 변화를 통하여 최적화된 ZnO 박막 트랜지스터는 전하 이동도가 9.4 cm^2/Vs, sub-threshold slope이 3.3 V/dec 그리고 on-to-off current ratio가 5.5${\times}$10^5로 디스플레이 소자를 구동하기 충분한 특성을 보였다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.13 no.4
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• pp.145-149
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• 2004

We have grown piezoelectric oxide films by RF magnetron sputtering using miscut substrates. Films were Brown on(001) $SrTiO_3$ substrates with miscut angles from 0 to 8 degrees toward the (100) direction. Films on high miscut substrates (>$4^{\circ}$) showed almost the pure perovskite phase in x-ray diffraction and were nearly stoichiometric. In contrast, films on exact (001) $SrTiO_3$ contained a high volume fraction of pyrochlore phases. A film on an $8^{\circ}$ miscut substrate exhibits a polarization hysteresis loop with a remnent polarization of 20$\mu$C/$\textrm{cm}^2$ at room temperature.

• Journal of the Korean Magnetics Society
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• v.22 no.4
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• pp.147-156
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• 2012

Recently, there have been considerable interests in various thin film growth techniques with atomically controllable thickness. Among them, atomically controlled pulsed laser deposition (PLD) technique is quite popular. We have developed advanced thin film growth technique using PLD and Reflection high energy electron diffraction (RHEED). Using the technique, the growth of oxide thin films with the precisely controllable thickness has been demonstrated. In addition, our technique can be applied to high quality thin film growth with minimal defect and bulk chemical composition. In this paper, our recent progresses as well as the current research trend on oxide thin films will be summarized.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2009.05a
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• pp.23.1-23.1
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• 2009

Transparent thin film transistor(TTFT)는 기존의 디스플레이가 가지고 있는 공간적, 시각적 제약을 해소하는 것이 가능하며, 이는 디스플레이 산업 및 기술이 지향하는 대면적, 저가격, 공정의 단순함을 해결해 줄 수 있기 때문에 최근 TTFT에 관한 연구가 급증하고 있다. 산화물 기반의 TFT는 유리, 금속, 플라스틱 등등 그 기판 종류에 상관없이 균일한 제작이 가능하며, 상온 및 저온에서 대면적으로 제작 가능하고, 저렴한 비용으로 제작 가능하다는 장점 때문에 최근 산화물을 기반으로 하는 TFT 연구가 많이 이루어지고 있다. 현재 TTFT 물질로 많이 연구되고 있는 산화물은 ZnO(3.4 eV)나 $InO_x$(3.6 eV), $GaO_x$(4.9 eV), $SnO_x$(3.7 eV)등의 물질과 각각의 조합으로 구성된 재료들이 주로 사용되고 있다. 가장 많은 연구가 이루어진 ZnO 기반의 TFT는 mobility와 switching 속도에서 우수한 특성을 보이나, amorphous ZnO 기반의 TFT의 경우 소자의 안정성이 떨어지는 것으로 보고되고 있다. 따라서 본 연구에서는 ZnO 보다 넓은 bandgap energy를 가질 수 있으며, n-type 특성을 보이고, amorphous 구조로 제작 가능한 IGZO 물질을 사용하여 RF magnetron sputtering 방법으로 박막 증착 온도의 변화를 주어 증착하였고, 증착된 IGZO 박막의 열처리를 통해 이에 따른 특성 변화를 분석하였다. Field emission scanning electron microscope(FESEM)와 surface profiler를 이용하여 IGZO 박막의 표면의 형상과 두께를 확인하였으며, x-ray diffraction(XRD) 분석을 통해 박막의 결정학적 특성을 관찰하였다. TTFT 물질로서 IGZO 박막의 적합성 여부를 확인하기 위하여 TFT를 만든 후 I-V를 측정하였으며, UV-vis를 이용하여 IGZO 박막의 투과율을 분석하여 TTFT로의 응용 가능성을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.188-188
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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 cm2/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 Oxide, Tin Oxide등의 산화물이 연구되고 있으며, indium이나 aluminum등을 첨가하여 전기적인 특성을 향상시키려는 노력을 보이고 있다. 본 연구에서는 Zinc Oxide 기반의 박막 트랜지스터를 DC magnetron sputtering를 이용하여 상온에서 제작한 후 다양한 조건에서의 후열처리를 통하여 소자의 특성의 최적화를 이루는 것을 시도하였다. 그리고 ITO를 전극으로 사용하여 bottom gate 구조의 박막 트랜지스터를 만들고 air 분위기에서 온도별, 시간별 열처리를 진행하였다. 또한 gate insulator의 처리를 통하여 thin film의 interface 개선을 통하여 소자의 성능 향상을 시도 하였다. semiconductor analyzer로 소자의 출력 특성 및 전이 특성을 평가하였다. 그 결과 기존의 a-Si 기반의 박막 트랜지스터보다 우수한 이동도의 특성을 갖는 ZnO 박막 트랜지스터를 얻었다. 그리고 이를 바탕으로 ZnO를 이용하여 대면적 적합한 디스플레이를 제작할 수 있다는 가능성을 보인다. 그리고 Temperature, Bias Temperature stability, 경시변화 등의 다양한 조건에서의 안정성을 평가하여 안정성이 향상을 확보하여 비정질 실리콘을 대체할 유력한 후보중위 하나가 될 것이라고 생각된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.193-193
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• 2013

실리콘 박막 태양전지는 광 흡수층에서 형성된 정공과 전자를 효과적으로 분리하기 위해 p형과 n형으로 도핑된 층을 형성하는 p-i-n구조를 갖게 된다. 이러한 도핑 층을 형성하기 위해 B2H6와 PH3와 같은 독성 가스를 사용하기 때문에, 공정 안정성과 환경적인 이슈가 대두된다. 또한 도핑은 추가적으로 실리콘 박막 태양전지의 안정화 효율을 지속적으로 저하시키는 요인이 된다. 이러한 문제점을 개선하기 위하여, 창층으로 MoO3, V2O5, WO3 등과 같이 높은 일함수를 갖는 전이금속 산화물을 사용하고, 광 흡수층으로 i-Si:H을, 후면 전극으로 낮은 일함수를 나타내는 LiF/Al을 사용하였다. 전이금속 산화물과 LiF/Al의 큰 일함수 차이에 의해서 흡수층인 i-Si:H 에서 생성된 캐리어들은 효과적으로 분리되고 수집이 된다. 금속 산화물은 스퍼터링 공정에 의하여 이루어졌으며, 스퍼터링 공정조건에 따라 산화도가 조절되며, 이러한 산화도에 따라 태양전지의 셀 특성이 결정된다. 도핑 층이 없는 새로운 형태의 실리콘 박막 태양전지는 기존 비정질 실리콘 박막 태양전지에 비해 높은 안정화 효율을 나타내며, 이는 도핑 층이 없기 때문에 기존 실리콘 박막 태양전지의 열화현상에 따른 효율저하가 발생하지 않는 장점을 지내고 있다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.316-316
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• 2013

GZO/Ag/GZO 다층 투명 전도막은 투명 산화물 전극 사이에 빛이 투과할 수 있는 수준의 매우 얇은 금속을 삽입하여 낮은 면저항과 높은 투과율을 구현하는 기술로 금속의 유연성과 낮은 비저항, 산화물은 높은 투과도와 안정성을 동시에 이용할 수 있는 투명전도막이다. 본 연구에서는 RF 마그네트론 스퍼터와 전자빔 증착을 이용하여 GZO 박막 사이에 Ag 박막을 삽입한 GZO/Ag/GZO 구조의 박막을 제작하였다. Ag 박막의 두께와 공정 압력이 박막에 미치는 영향을 연구하였으며, 급속 열처리에 따른 GZO/Ag/GZO 박막의 특성을 분석하였다. Ag 삽입 박막 두께와 GZO/Ag/GZO 박막의 열처리 온도 최적화를 통하여 $2.2{\times}10-5{\Omega}{\cdot}cm$의 가장 낮은 비저항과 88.9%의 투과율을 나타내었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.178.1-178.1
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• 2013

산화물 반도체는 가시광선영역인 380~780nm에서의 투과율이 80% 이상이고, 3.2eV 이상의 밴드갭과 높은 이동도를 가지는 물질로 투명하고 휘어지는 디스플레이에 전도유망한 물질로 연구되고 있다. $10cm^2/V{\cdot}s$ 이상의 이동도를 확보하기 위해 IGZO에서 Ga대신 Sn을 첨가한 ITZO 산화물 반도체에 대한 연구가 되고 있다. 본 연구에서 ITZO 산화물 반도체 박막 증착 시 가장 중요한 특성으로 알려진 산소의 영향에 따른 광학적 특성을 알아보기 위한 실험이다. RF 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 산소 가스 분압에 따라 ITZO 박막을 증착하였다. $(Ar+O_2)$의 합을 20으로 고정하고 $O_2/(Ar+O_2)$의 비율을 0~40%까지 가변하였고, $O_2$의 비율이 증가함에 따라 증착율은 감소하는 경향을 보였다. 투명 소자로서의 가능성을 판단하기 위하여 밴드갭과 투과도를 측정하였다. 광학적 밴드갭은 증착 시 산소 분압이 0%에서 40%로 증가할수록 3.46eV에서 3.32eV로 감소하였고, 또한 투과도가 가시광 영역(380~770nm)에서 87%에서 85% 감소하였다. In, Sn, Zn 의 금속 원자와의 결합 과정에서 산소의 빈자리가 줄어들어 전도도가 감소하여 광학적 밴드갭이 감소함에 따라 투과도가 감소하는 것을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.283-283
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• 2011

본 연구에서는 XRR 측정에 있어 박막두께 표준보급을 하기 위하여 표준물질을 이온빔 스퍼터링 증착법을 이용하여 제작하였다. 시편제작 시 공기 중 노출에 의해 산화가 되지 않는 산화물 박막과 산화물 기판을 선택하였다. 기판 및 타겟물질 등을 변화시키면서 제작된 시편의 특성을 살펴보았다. 사용된 타겟 물질로는 HfO2, Ta2O5, Cr2O3를 사용하였으며, 기판으로는 glass, sapphire, quartz, SiO2(1 ${\mu}m$-thermal oxidation)를 사용하였다. 산화물 타겟을 사용하여 증착 시 타겟 주위로 생기는 전하들의 charge build-up 되는 현상은 neutralizer를 사용함으로써 문제를 해결하였다. 제작된 시편은 XRR을 이용하여 측정하였고, XRR simulation과 curve fitting을 통하여 박막의 두께, 표면 및 계면의 거칠기, 밀도를 평가하였다. 기판으로 사용된 glass, quartz는 타겟 물질과 관계없이 표면 거칠기가 좋지 않아 XRR 반사율이 급격히 떨어지면서 측정되는 각도의 영역이 작아졌다. sapphire로 제작한 시편에서는 측정된 데이터와 simulation의 curve fitting이 양호하지 않았다. 이 문제는 현재 조사중에 있다. SiO2 기판으로 제작한 시편의 경우 타겟 물질과 관계없이 XRR curve fitting 결과가 양호 하였다. 그 중 Cr2O3의 결과가 다른 타겟 물질에 비해 x 2 값이 작았고 반사율 곡선에서의 거칠기와 진폭도 양호하였다. 위 연구결과로써 SiO2 기판을 사용한 Cr2O3 타겟 물질로 제작된 시편이 XRR 박막 두께 표준물질로써 적합한 것으로 판단된다.