• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.239.1-239.1
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• 2014

최근 산화아연이나 산화주석을 기반으로 한 산화물 박막 트랜지스터의 연구가 활발히 진행되고 있다. 2004년 일본의 Hosono 교수 그룹에서 비정질 InGaZnO (IGZO) 박막을 이용한 TFT소자 제작을 발표하고 우수한 특성을 확인한 후 산화물 TFT 소자기술에 대한 전 세계적인 연구개발의 계기가 마련 되었다. 그러나 다성분계 화합물 산화물 반도체의 경우 복잡한 성분 조합과 조절이 어렵고, 공정의 제약으로 인해 상용화에 어려움을 겪고 있다. 산화아연의 경우 증착공정중 쉽게 결정화가 이뤄져 대면적화가 어렵고, 결정립계에 의한 이동도 저하, DC 신뢰성 저하가 발생한다. 이에 비해 산화 티타늄의 경우 증착과정후 열처리를 통해서 비정질상과 결정립상을 조절할 수 있다. 하지만, 현재까지 발표된 산화 티타늄 기반의 박막 트랜지스터의 경우 내부 캐리어의 조절이 상대적으로 어려운 단점이 있었다. 본 연구에서는 산화 티타늄기반의 박막 트랜지스터를 제작하고 공정중 산소 분압을 조절하여 소자 특성을 개선시키고 동작모드를 조절하는 연구를 진행하였다. Bottom gate 형식의 $TiO_2$ TFT를 제작하였고 전이 특성을 살펴본 결과 산소분압이 증가할수록 이동도는 감소하는 경향이 나타났다. 또한, 산소분압을 조절하여 박막 내부의 캐리어를 조절할 수 있는 가능성을 보였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.182.2-182.2
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• 2013

최근 산화아연이나 산화주석을 기반으로 한 산화물 박막 트랜지스터의 연구가 활발히 진행중이다. 2004년 Hosono 그룹에서 비정질 InGaZnO (IGZO) 박막을 이용한 TFT소자 제작을 보고하고 우수한 특성을 확인 후 산화물 TFT 소자기술에 대한 전 세계적인 연구개발의 발판이 마련되었다. 그러나 다성분계 화합물로 이루어진 산화물 반도체의 경우 복잡한 성분 조합과 조절이 어렵고, 장비의 제약으로 상용화에 어려움을 겪고 있다. 산화아연의 경우 증착시 쉽게 결정화가 이루어져 대면적 균일성을 확보하기 어렵고, 결정립계에 의한 이동도 저하, DC 신뢰성 저하의 문제가 발생한다. 이에 비해 산화주석의 경우 증착공정에 따라 비정질상과 결정립상을 조절할 수 있다. 하지만, 현재까지 발표된 산화주석 기반의 박막 트랜지스터는 내부 캐리어의 조절이 상대적으로 어려운 단점이 보고되었다. 본 연구에서는 산화 주석기반의 박막 트랜지스터를 제작하고 이에 Zr이온을 도핑하여 소자 특성을 개선시키고 동작모드를 조절하는 연구를 진행하였다. Bottom gate 형식의 ZrSnO TFT를 제작하였고 전이 특성을 살펴본 결과 Zr의 함량이 늘어날수록 이동도는 감소하는 경향이 나타났다. 또한 Zr의 미량 함량에도 불구하고 산소결핍에 의한 캐리어 생성을 억제하여, 소자 특성을 공정조건에 따라 조절할 수 있는 가능성을 확인 했다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.96.1-96.1
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• 2010

현재 태양광 시장에 진출한 대부분의 Si계열 태양전지는 복잡한 공정과 원재료 고갈, 높은 가격으로 인해 한계에 직면에 있는 상태이다. 최근 많은 연구소나 학교에서는 기존의 Si계열 태양전지를 대체할 대안으로 염료 감응형 태양전지에 대해서 높은 관심을 보이고 있으며, 그동안의 연구개발로 단위 셀 면적에서는 상용화에 근접한 효율을 확보한 상태이다. 염료 감응형 태양전지의 작동과정을 간단히 단계별로 살펴보면 나노 결정 산화물 반도체 표면에 흡착된 염료분자가 가시광선을 흡수하면 전자는 HOMO에서 LUMO로 천이하고 이 들뜬 상태의 전자는 다시 에너지 준위가 낮은 반도체 산화물의 전도띠로 주입된다. 주입된 전자는 나노 입자간 계면을 통하여 투명 전도성막으로 확산, 전달되고 산화된 염료분자는 전해질 I-에 의해 다시 환원되어 중성 분자가 된다. 그러나 표면상태 전자 중 일부는 산화된 염료와 다시 결합하거나, 전해질의 $I^{3-}$ 이온을 환원시키기도 한다. 이와 같은 과정은 암전류를 증가시키면서 반도체 전극 막의 성능을 저해하는 주원인이 된다. 전자의 재결합은 투명 전극을 통해서도 가능하기 때문에 투명 전극에 얇은 blocking layer를 도포한 후 나노 결정 산화물 반도체 전극을 제작하면 전지 특성을 향상시킬 수 있다. 본 실험에서 우리는 졸-젤 법으로 $TiO_2$ blocking layer 졸을 만들었고 간단하며 저가공정이 가능한 스크린 프린팅 방법으로 blocking layer를 형성하는 실험을 진행하였다. 전도띠 에너지가 높은 반도체 물질로 표면을 처리하면 $TiO_2$-전해질 간 계면에 에너지 장벽이 형성되어 재결합을 줄여 모든 광전특성이 향상 되었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.167.2-167.2
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• 2015

고 이동도(~10 cm/Vs), 낮은 공정온도 및 높은 투과율 등의 특성을 갖는 산화물 반도체는 저 소비전력, 대면적화 및 고해상도 LCD Panel에 적합한 재료로서 현재 일부 Mobile Panel 및 TFT-LCD Panel의 양산에 적용되고 있으나, 향후 UHD급(4 K, 8 K)의 대형, 고해상도 Panel에의 적용을 위해서는 30 cm2/Vs 이상의 고 이동도 재료의 개발 및 저 저항 배선의 적용에 따른 소자 신뢰성의 개선이 필요하다. Cu는 대표적인 저 저항 배선 재료로 일부 양산에 적용되고 있으나, Cu 전극과 산화물 반도체의 계면에서 Cu원자의 확산 및 Cu-O 층의 형성에 의한 소자 특성 저하의 문제가 있다. 본 연구에서는 고 이동도의 In doped-ZTO계 산화물 반도체를 기반으로 채널 층과 Cu source-Drain layer의 계면에서의 Cu element의 거동 및 TFT 소자 특성과의 상관관계를 고찰하고, 계면에 형성된 Cu-O layer에 대해 높은 전자 친화도를 갖는 Ca element를 첨가에 의한 TFT 소자 특성의 변화를 관찰하였다. 본 연구에서는 이러한 효과로 인한 소자 신뢰성의 향상을 기대하였으며, 우선 In doped-ZTO 채널 층에 Cu와 CuCa 2at% source-drain을 적용한 TFT 특성을 확인하였다. 그 결과, Cu는 Field-effect mobility: ~17.67 cm2/Vs, Sub-threshold swing: 0.76 mV/decade 및 Vth:, 4.40 V의 결과가 얻어졌으며 CuCa 2at%의 경우 Field-effect mobility: ~17.84 cm2/Vs, Sub-threshold swing: 0.86 mV/decade 및 Vth:, 5.74 V의 결과가 얻어졌다. 소자신뢰성 측면에서도 Bias Stress의 변화량 ${\delta}Vth$의 경우 Cu : 4.48 V에 대해 CuCa 2at% : 2.81 V로 ${\delta}Vth$:1.67 V의 개선된 결과를 얻었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.198-198
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• 2010

산화물 반도체는 넓은 밴드갭을 가지고 있어 가시광에서 투명하며 높은 이동도로 디스플레이 구동 회로 집적에 유리하다. 또한 가격 및 공정 측면에서도 기존의 Si 기판 소자에 비해 여러 장점을 가지고 있어 차세대 디스플레이의 핵심 기술로 산화물반도체에 대한 관심이 높아지고 있다. 본 연구는 RF 동시 스퍼터링법을 이용하여 Zn-Sn-O 박막을 제조하고, 그 전기적, 광학적, 구조적 특성에 대해 조사하였다. 일정한 증착 온도($100^{\circ}C$)에서 ZnO와 $SnO_2$ 타켓의 인가 파워를 조절하여 Sn/(Zn+Sn) 성분비가 약 40~85%인 Zn-Sn-O 박막을 제조하였다. Sn 함량이 증가할수록 박막의 비저항은 약 $2{\times}10^{-1}$ (Sn 45%)에서 약 $2\;{\times}\;10^{-2}\;{\Omega}{\cdot}cm$ (Sn 67%)까지 감소하다가 다시 증가하는 경향을 보였다. 이 때 캐리어 농도는 $3\;{\times}\;10^{18}$에서 $4\;{\times}\;10^{19}\;cm^{-3}$으로 증가하였으며, 이동도는 11에서 $8\;cm^2/V{\cdot}s$로 약간 감소하였다. XRD분석결과, 제조된 모든 Zn-Sn-O 박막은 비정질 구조를 가짐을 확인하였다. 투과율은 박막 내 Sn함량 증가에 따라 감소하나 모든 시편이 약 70%이상의 투과도를 나타내었다. Zn-Sn-O 박막의 Ga 도핑 영향을 확인하기 위해 ZnO 타켓 대신 갈륨이 5.7 wt.% 도핑된 GZO 타켓을 사용하여 동일한 공정조건에서 박막을 제조하였다. Ga이 첨가된 Zn-Sn-O 박막은 구조적 특성과 광학적 특성에서는 큰 차이를 보이지 않았으나, 전기적 특성의 뚜렷한 변화가 관찰되었다. Sn 함량이 45%인 Zn-Sn-O 박막의 경우, 캐리어 농도가 $3.1\;{\times}\;10^{18}$에서 Ga 도핑 효과로 인해 $1.7\;{\times}\;10^{17}\;cm^{-3}$으로 크게 감소하고 이동도는 11에서 $20\;cm^2/V{\cdot}s$로 증가하였다. 따라서 본 연구는 Zn-Sn-O 비정질 박막에 Ga을 도핑함으로써 산화물 반도체재료로서 요구되는 물성을 만족시킬 수 있다는 가능성을 제시하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.204.2-204.2
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• 2015

산화물 반도체는 비정질임에도 불구하고 높은 이동도를 나타내며, 적은 누설 전류, 낮은 소비전력, 저온 공정 가능, 가시광선 영역에서 투명한 성질을 가지고 있다. 이와 같은 다양한 장점들로 인해 산화물 반도체를 이용한 트랜지스터는 차세대 플랫 패널 디스플레이 적용에 있어서 핵심 기술로 각광받고 있다. 한편, 소자의 크기가 점점 더 작아짐에 따라 고집적화에 따른 scaling down은 항상 언급되는 이슈이다. 이와 관련하여 소자의 높은 on current는 트랜지스터를 더 작게 구현할 수 있다는 가능성을 보여준다. 따라서 현재 소자의 on current를 높이기 위해서 소자의 구조를 변형하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 소자의 on current를 높이기 위한 방법으로 ITO buried layer를 이용한 산화물 반도체 pseudo 트랜지스터를 제작하였다. 먼저 채널을 형성하기 전에 ITO buried layer를 형성시켜준 후, 채널 영역으로서 InGaZnO (2:1:1)를 용액 공정을 이용하여 형성시켰다. 이어서 소자의 전기적 특성 향상을 위해 마이크로웨이브 열처리를 1800 W에서 2분간 실시하였다. 또한 대조군으로 ITO buried layer를 갖지 않는 소자를 같은 방법으로 제작하여 평가하였다. 그 결과 ITO buried later를 갖는 소자에서 대조군과 비교하여 높은 on current를 나타냄을 확인하였다. 이와 같은 결과는 낮은 저항의 ITO buried layer가 current path를 제공함과 동시에 더 두꺼운 채널 층을 형성시켜 높은 on current에 기여하기 때문이다. 결과적으로 ITO buried layer를 갖는 소자 구조를 이용함으로써 고성능 트랜지스터를 제작하여 소자를 집적화 함에 있어서 유망한 소자가 될 것으로 예상된다.

• Journal of IKEEE
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• v.22 no.4
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• pp.965-969
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• 2018

In the dye-sensitized solar cell, the semiconductor oxide plays an important role in the generation and transport of electrons, and thus extensive research on this has been continuously carried out. In this study, the characteristics of dye-sensitized solar cell are studied by fabricating semiconductor oxide doped with $V_2O_5$. The $TiO_2$ paste with $V_2O_5$ is prepared by the screen printing method of the sol - gel process and the surface and electrical properties are measured. The addition of $V_2O_5$ increased grain size and improved the open circuit voltage, short circuit current, charge factor and conversion efficiency of the dye sensitized solar cell.

• Proceedings of the KAIS Fall Conference
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• 2006.05a
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• pp.207-208
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• 2006

분자선(分子線)에피택시법(法)으로 성장(成長)한 ZnO 산화물반도체(酸化物半導體)를 이용(利用)하여 제작(製作)한 쇼트키배리어 다이오드에 대하여 자외선(紫外線) 광(光)센서로서의 광특성(光特性)을 조사(調査)한다. 첫째, 백색광(白色光) 조사시(照射時) 포화전류치(飽和電流値)가 100배(培) 이상(以上) 증가(增加)하는 광(光)여기 특성(特性)을 나타낸다. 둘째, 조사(照射)하는 �셈� 파장(波長)에 대하 390nm의 차단장파장(遮斷長波長)을 갖으며 195nm 이상(以上)의 밴드폭을 갖는 파장감도특성(波長感度特性)을 나타낸다. 셋째, 자외선(紫外線)에 대해 0.36msec의 시정수(時定數) 갖는 것으로 평가(評價)된다. 따라서, ZnO 산화물반도체(酸化物半導體)는 향후(向後) 자외선(紫外線) 광(光)센서소자의 재과(材科)로서 기대(期待)되어진다.

• 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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• 2013.02a
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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.