• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.104-104
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• 2010

현재 디스플레이 시장은 급변하게 변화하고 있다. 특히, 비정질 실리콘의 경우 디스플레이의 채널층으로 주로 상용화되어 왔다. 비정질 실리콘 기반의 박막 트랜지스터는 제작의 경제성 및 균일성을 가지고 있어서 널리 상용화되고 있다. 하지만 비정질 실리콘의 경우 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 Oxide, Tin Oxide, Titanum Oxide등의 산화물이 연구되고 있으며, indium이나 aluminum등을 첨가하여 전기적인 특성을 향상시키려는 노력을 보이고 있다. Tin oxide의 경우 천연적으로 풍부한 자원이며, 낮은 가격이 큰 이점으로 작용을 한다. 또한, $SnO_2$의 경우 ITO나 ZnO 열적으로 화학적 과정에서 더 안정하다고 알려져 있다. 본 연구에서는 $SnO_2$ 기반의 박막 트랜지스터를 DC magnetron sputtering를 이용하여 상온에서 제작을 하였다. 일반적으로, $SnO_2$의 경우 증착 과정에서 산소 분압 조절과 oxygen vacancy 조절를 통하여 박막의 전도성을 조절할 수 있다. 이렇게 제작된 $SnO_2$의 박막을 High-resolution X-ray diffractometer, photoluminescence spectra, Hall effect measurement를 이용하여 전기적 및 광학적 특성을 알 수 있다. 그리고 후열처리 통하여 박막의 전기적 특성 변화를 확인하였다. gate insulator의 처리를 통하여 thin film의 interface의 trap density를 감소시킴으로써 소자의 성능 향상을 시도하였다. 그리고 semiconductor analyzer로 소자의 출력 특성 및 전이 특성을 평가하였다. 그리고 Temperature, Bias Temperature stability, 경시변화 등의 다양한 조건에서의 안정성을 평가하여 안정성이 확보된다면 비정질 실리콘을 대체할 유력한 후보 중의 하나가 될 것이라고 기대된다.

• 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.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.16 no.2
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• pp.1555-1562
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• 2015

Metal oxide semiconductors have been applied in several areas, such as solar cells, sensor, optical elements and displays, due to the high surface area, unique electrical and optical characteristics. Zinc oxide among the metal oxide has excellent physicochemical properties. Zinc oxide is a n-type semiconductor with a wide direct transition band gap of 3.37 eV at room temperature and large exciton binding energy of 60 meV. Cation-doped zinc oxide studies were conducted to complement the electrical and optical characteristics. In this paper, Al-doped ZnO was synthesized by hydrothermal synthesis using microwaves. ZnO was synthesized by adjusting the precursor ratio and using different dopants. The optimal ZnO synthesis conditions for crystal shape and optical properties were determined. The optical properties of aluminum doped zinc oxide were then examined by SEM, XRD, PL, UV-vis absorbance spectrum, and EDS.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.369-369
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• 2012

본 연구에서는 투명한 산화물반도체 a-IGZO 박막을 채널층로 사용하여 박막형트랜지스터를 제작하였고, 이를 이용하여 증가 및 공핍모드를 가지는 인버터소자를 제작하였다. 제작된 인버터는 4인치 유리기판위에 게이트, 채널 그리고 소스/드레인 영역을 스퍼터링방식으로 증착하였고, PECVD를 사용하여 SiNx 절연막을 증착하였다. 또한 투명소자에 응용하기위해 게이트, 소스, 드레인 영역을 투명한 a-IZO 박막으로 증착하였다. 제작된 인버터의 특성은 높은 전압이득과, 잡음여유를 가짐으로써 투명소자회로에서 다양한 응용 가능성을 보였다.

• Proceedings of the KAIS Fall Conference
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• 2010.11a
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• pp.356-358
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• 2010

Cuprous oxide ($Cu_2O$)를 기초로 하여 산화 박막 트랜지스터에 대하여 연구를 하였다. 일정한 두께의 cuprous oxide ($Cu_2O$) 박막을 조건별로 열처리 공정을 하고 그에 따른 변화를 측정을 하였다. 그 측정한 결과 중 가장 좋은 열처리 조건으로 열 증착 방식(Vacuum Thermal Evaporation)을 사용하여 cuprous oxide ($Cu_2O$) 비정질 산화 박막 트랜지스터를 제작 및 측정했다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.141-141
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• 2012

X-선 반사율 측정법(XRR)은 비파괴적인 측정방법과 수 nm의 두께를 정밀하게 측정할 수 있는 장점으로 인하여 반도체 산업현장에서 많은 관심과 연구가 이루어지고 있다. 이러한 XRR은 두께 분석 측정의 정밀도를 향상시키고 부정확한 결과를 방지하기 위하여 측정기기를 검증하고 보정할 수 있는 두께 표준물질을 필요로 하고 있다. 본 연구에서는 XRR용 두께 표준물질을 이온빔 스퍼터링 증착방법을 이용하여 제작하였다. 두께 표준물질 제작에 있어 공기 중 노출에 의해 산화가 되지 않는 산화물 박막과 산화물 기판을 선택하였다. 후보물질은 glass, sapphire, quartz, SiO2기판과 HfO2, Ta2O5, Cr2O3 산화물 타켓을 이용하여 박막을 제작하였다. 제작된 후 보물질은 교정된 XRR을 통하여 박막의 두께, 계면 및 표면 거칠기, 밀도등 박막의 구조특성분석을 하였다. Glass, quartz의 경우 기판 표면 거칠기가 좋지 않아 제작된 샘플의 X-선 반사율 곡선이 급격히 떨어지면서 측정되는 각도의 영역이 작아졌다. Sapphire로 제작한 시편은 측정된 데이터와 simulation의 curve fitting이 양호하지 않았다. 이 중 SiO2기판을 사용하고 HfO2박막을 증착한 샘플이 다른 후보물질보다 XRR curve fitting 결과가 가장 양호하여 두께 표준물질로 응용하기에 적절하였다. 그리고 AFM (Atomic Force MicroScope)을 이용하여 기판의 거칠기 및 증착한 박막표면 거칠기 측정을 하였고, TEM (Transmission Electron Microscope)으로 두께 측정을 하여 XRR로 얻은 데이터와 비교하였다. 이러한 결과를 토대로 XRR용 두께 표준물질 제작할 수 있었고, 추후 불확도 평가 및 비교실험을 통하여 제작된 XRR용 두께 표준물질을 이용할 수 있을 것으로 기대된다.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.34 no.4
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• pp.242-245
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• 2021

In this work, we fabricated oxide on an n-type silicon substrate through local anodic oxidation (LAO) using atomic force microscopy (AFM). The resulting oxide thickness was measured and its correlation with load force, scan speed and applied voltage was analyzed. The surface oxide layer was stripped using a buffered oxide etch. Ohmic contacts were created by applying silver paste on the silicon substrate back face. LAO was performed at approximately 70% humidity. The oxide thickness increased with increasing the load force, the voltage, and reducing the scan speed. We confirmed that LAO/AFM can be used to create both lateral and, to some extent, vertical shapes and patterns, as previously shown in the literature.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.399.1-399.1
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• 2016

p-type 반도체 물질로 알려진 $Cu_2O$에 Li 이온을 doping하면 Cu 이온 자리에 Li이온이 치환되어 p-type의 특성이 더욱 강하게 나타내는 것으로 알려져 있다. 이에 본 연구에서는 RF magnetron sputtering방법으로 성막한 p-type형 $Li:Cu_2O$박막의 특성을 연구하고 이를 $Li:Cu_2O-ZnO$ pn 접합 유연 나노제너레이터에 적용하였다. $Li:Cu_2O$ 성막시 $O_2$ 분압을 변수로 100nm 두께의 $Li:Cu_2O$ 박막을 성막하여 전기적, 광학적, 구조적, 표면 특성을 분석하였다. Hall measurement 측정 결과 $Li:Cu_2O$ 박막은 정공을 Major Carrier로 갖는 p-type 반도체임을 확인하였고, $O_2$의 분압이 증가할수록 Mobility 및 Carrier Concentration이 증가함을 확인하였다. 최적조건에서 광학적 투과도는 약 45%를 보였으며, 투과도를 통해 계산한 band gap은 약 2.03eV로써 일반적인 산화물 반도체의 작은 밴드갭을 가지고 있음을 알 수 있었다. 또한 Ellipsometer분석을 통해 $Ar:O_2$ 비가 $Li:Cu_2O$ 굴절률 및 흡광도에 미치는 영향을 연구하였으며, FE-SEM(Field Emission Scanning Electron Microscope)을 통해 표면을 분석하였다. 또한 XRD(X-ray diffractometer), TEM(Transmission Electron Microscope) 분석을 통하여 상온에서 성막한 $Li:Cu_2O$ 박막의 미세구조를 연구하였다. UPS(Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy) 분석을 통해 일함수를 측정하였다. 이렇게 제작된 p 타입 $Li:Cu_2O$ 박막을 이용하여 $Li:Cu_2O-ZnO$ pn 접합을 구현하고 이를 이용해 유연 나노제너레이터를 제작하였다. 다양한 특성 분석을 통해p-type을 이용한 산화물 박막 기반 유연 나노 제너레이터 특성 향상 메커니즘을 제시하였다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2011.05a
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• pp.242.1-242.1
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• 2011

산화물 반도체는 높은 이동도와 낮은 공정 온도, 넓은 밴드갭으로 인한 투명성등 많은 장정을 가지고 있어 최근 많이 연구되고 있다. 그 중에서도 InGaZnO (IGZO)는 In, Ga 함유량으로 박막의 전기적 특성을 쉽게 조절할 수 있고 상온에서 비정질 상태로 증착되어 균일성에 장점이 있다. IGZO 박막을 TFT에 적용 시 MOSFET과는 다르게 축적 상태에서 채널이 형성되기 때문에 산화물 반도체 내에 캐리어 농도는 TFT 특성에 많은 영향을 미친다. 또한, 실리콘 기반의 트랜지스터는 이온 주입 및 확산 공정을 통해서 선택적으로 $10^{20}/cm^3$ 이상의 고농도 도핑을 실시하여 좋은 트랜지스터 특성을 확보할 수 있으나 IGZO 박막에는 이러한 접근이 불가능하다. 따라서 IGZO 박막의 캐리어 농도를 조절할 수 있으면 소스/드레인과 반도체의 접촉 저항 감소 및 전계 효과 이동도등 많은 특성을 개선할 수 있다. 본 연구에서는 UV light를 이용하여 IGZO 박막의 캐리어 농도를 조절하였다. IGZO 박막은 UV light 조사로 인해 Mo와 IGZO박막의 접촉저항이 $3{\times}10^3\;{\Omega}^*cm$에서 $1{\times}10^2\;{\Omega}^*cm$로 감소하였다. 이는 UV 조사로 표면에 금속-OH 결합이 생성되어 IGZO 박막의 캐리어 농도가 ${\sim}5{\times}10^{15}/cm^3$에서 ${\sim}3{\times}10^{17}/cm^3$까지 증가하기 때문이다. 또한 표면에 생성된 OH기는 강한 친수성 성질을 보여주고 표면의 높은 에너지 상태는 Self-Assembly Monolayer (SAM) 공정 적용이 가능 하다. 본 실험에서는 SAM 공정을 적용하여 IGZO-based TFT 제작에 성공하였고, 이 TFT는 UV 조사 시간에 따라 전계 효과 이동도가 0.03 $cm^2/Vs$에서 2.1 $cm^2/Vs$으로 100배 정도 증가하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.358-358
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• 2014

인간과 기기간의 상호작용 심화에 의하여 모든 기기의 지능화, 첨단화 등이 요구됨에 따라 정보 기술 및 디스플레이 기술의 개발이 활발히 이루어지고 있는 가운데 투명 전자 소자에 대한 연구가 급증하고 있다. 산화물 반도체는 가시광 영역에서 투명하고, 비정질 반도체에 비하여 이동도가 100 배 이상 크고, 결정화 공정을 거친 폴리 실리콘과 비슷한 값을 가지거나 조금 낮으며 유연한 소자에도 쉽게 적용이 가능하다는 장점을 가지고 있어 투명 전자 소자 제작시에 주로 이용되는 물질이다. 대부분의 산화물 반도체 박막 증착 방법은 스퍼터링 방법이나 유기금속 화학증착법과 같은 방법으로 막을 형성하는데 이러한 증착 방법들은 고품질의 박막을 성장시킬 수 있다는 장점이 있으나 고가의 진공장비 및 부대 시설이 이용되고 이로 인한 제조비용의 상승이 되고, 기판 선택에 제약이 있는 단점이 있다. 따라서, 이러한 문제점을 개선하기 위하여 고가의 진공 장비가 필요 없이 스핀 코팅 방법이나 딥핑 방법 등에 의하여 공정 단계의 간소화, 높은 균일성, 기판 종류에 상관없는 소자의 대면적화가 가능한 용액 공정 기술이 각광을 받고 있다. 그러나 용액 공정 기반의 박막을 형성하기 위해서는 비교적 높은 공정온도 혹은 압력 등의 외부 에너지를 필요로 하므로 열에 약한 유리 기판이나 유연한 기판에 적용하기가 어렵다. 최근 이러한 문제점을 해결하기 위하여 높은 온도의 열처리(thermal annealing) 를 대신 할 수 있는 microwave irradiation (MWI)에 대한 연구가 보고되고 있다. MWI는 $100^{\circ}C$ 이하에서의 저온 공정이 가능하여 높은 공정 온도에 대한 문제점을 해결할 뿐만 아니라 열처리 방향을 선택적으로 할 수 있다는 장점을 가지고 있어 현재 투명 디스플레이 분야에서 주로 이용되고 있다. 따라서 본 연구에서는 HfOx 기반의 metal-oxide-semiconductor (MOS) capacitor를 제작하여 MWI에 따른 전기적 특성을 평가하였다. MWI는 금속의 증착 전과 후, 그리고 시간에 따른 조건을 적용하였으며 최적화된 조건의 MWI은 일반적인 퍼니스 장비에서의 높은 온도 열처리에 준하는 우수한 전기적 특성을 확인하였다.