• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2010.05a
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• pp.53.2-53.2
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• 2010

지금까지 능동 구동 디스플레이의 TFT backplane에 사용하고 있는 채널 물질로는 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H)과 저온 폴리실리콘(low temperature poly-Si)이 대표적이다. 수소화된 비정질 실리콘은 TFT-LCD 제조에 주로 사용되는 물질로 제조 공정이 비교적 간단하고 안정적이며, 생산 비용이 낮고, 소자 간 특성이 균일하여 대면적 디스플레이 제조에 유리하다. 그러나 a-Si:H TFT의 이동도(mobility)가 1 cm2/Vs이하로 낮아 Full HD 이상의 대화면, 고해상도, 고속 동작을 요구하는 UD(ultra definition)급 디스플레이를 개발하는데 있어 한계 상황에 다다르고 있다. 또한 광 누설 전류(photo leakage current)의 발생을 억제하기 위해서 화소의 개구율(aperture ratio)을 감소시켜야하므로 패널의 투과율이 저하되고, 게이트 전극에 지속적으로 바이어스를 인가 시 TFT의 문턱전압(threshold voltage)이 열화되는 문제점을 가지고 있다. 문제점을 극복하기 위한 대안으로 근래 투명 산화물 반도체(transparent oxide semiconductor)가 많은 관심을 얻고 있다. 투명 산화물 반도체는 3 eV 이상의 높은 밴드갭(band-gap)을 가지고 있어 광 흡수도가 낮아 투명하고, 광 누설 전류의 영향이 작아 화소 설계시 유리하다. 최근 다양한 조성의 산화물 반도체들이 TFT 채널 층으로의 적용을 목적으로 활발하게 연구되고 있으며 ZnO, SnO2, In2O3, IGO(indium-gallium oxide), a-ZTO(amorphous zinc-tin-oxide), a-IZO (amorphous indium-zinc oxide), a-IGZO(amorphous indium-galliumzinc oxide) 등이 그 예이다. 이들은 상온 또는 $200^{\circ}C$ 이하의 낮은 온도에서 PLD(pulsed laser deposition)나 스퍼터링(sputtering)과 같은 물리적 기상 증착법(physical vapor deposition)으로 손쉽게 증착이 가능하다. 특히 이중에서도 a-IGZO는 비정질임에도 불구하고 이동도가 $10\;cm2/V{\cdot}s$ 정도로 a-Si:H에 비해 월등히 높은 이동도를 나타낸다. 이와 같이 a-IGZO는 비정질이 가지는 균일한 특성과 양호한 이동도로 인하여 대화면, 고속, 고화질의 평판 디스플레이용 TFT 제작에 적합하고, 뿐만 아니라 공정 온도가 낮은 장점으로 인해 플렉시블 디스플레이(flexible display)의 backplane 소재로서도 연구되고 있다. 본 실험에서는 rf sputtering을 이용하여 증착한 a-IGZO 박막에 대하여 열처리 조건 변화에 따른 a-IGZO 박막들의 광학적, 전기적 특성변화를 살펴보았고, 이와 더불어 a-IGZO 박막을 TFT에 적용하여 소자의 특성을 분석함으로써, 열처리에 따른 Transfer Curve에서의 우리가 요구하는 Threshold Voltage(Vth)의 변화를 관찰하였다.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.33 no.1
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• pp.6-9
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• 2020

Thin film transistors (TFTs) with large-area, high mobility, and high reliability are important factors for next-generation displays. In particular, thin transistors based on IGZO oxide semiconductors are being actively researched for this application. In this study, several methods for improving the reliability of a-IGZO TFTs by applying various materials on a passivation layer are investigated. In the literature, inorganic SiO₂, TiO₂, Al₂O₃, ZTSO, and organic CYTOP have been used for passivation. In the case of Al₂O₃, excellent stability is exhibited compared to the non-passivation TFT under the conditions of negative bias illumination stress (NBIS) for 3 wavelengths (R, G, B). When CYTOP passivation, SiO₂ passivation, and non-passivation devices were compared under the same positive bias temperature stress (PBTS), the Vth shifts were 2.8 V, 3.3 V, and 4.5 V, respectively. The Vth shifts of TiO₂ passivation and non-passivation devices under the same NBTS were -2.2 V and -3.8 V, respectively. It is expected that the presented results will form the basis for further research to improve the reliability of a-IGZO TFT.

• 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.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.341.1-341.1
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• 2014

In the advanced material for the next generation display device, transparent amorphous oxide semiconductors (TAOS) are promising materials as a channel layer in thin film transistor (TFT). The TAOS have many advantages for large-area application compared with hydrogenated amorphous silicon TFT (a-Si:H) and organic semiconductor TFT. For the reasonable characteristics of TAOS, The a-IGZO has the excellent performances such as low temperature fabrication (R.T~), high mobility, visible region transparent, and reasonable on-off ratio. In this study, we investigated how the electric characteristics and physical properties are changed as various oxygen ratio when magnetron sputtering. we analysis a-IGZO film by AFM, EDS and I-V measurement. decreasing the oxygen ratio, the threshold voltage is shifted negatively and mobility is increasing. Through this correlation, we confirm the effect of oxygen ratio. We fabricated the bottom-gate a-IGZO TFTs. The gate insulator, SiO2 film was grown on heavily doped silicon wafer by thermal oxidation method. a-IGZO channel layer was deposited by RF magnetron sputtering. and the annealing condition is $350^{\circ}C$. Electrode were patterned Al deposition through a shadow mask(160/1000 um).

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.258-258
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• 2016

최근 디스플레이 산업의 발전에 따라 고성능 디스플레이가 요구되며, 디스플레이의 백플레인 (backplane) TFT (thin film transistor) 구동속도를 증가시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 트랜지스터의 구동속도를 증가시키기 위해 높은 이동도는 중요한 요소 중 하나이다. 그러나, 기존 백플레인 TFT에 주로 사용된 amorphous silicon (a-Si)은 대면적화가 용이하며 가격이 저렴하지만, 이동도가 낮다는 (< $1cm2/V{\cdot}s$) 단점이 있다. 따라서 전기적 특성이 우수한 산화물 반도체가 기존의 a-Si의 대체 물질로써 각광받고 있다. 산화물 반도체는 비정질 상태임에도 불구하고 a-Si에 비해 이동도 (> $10cm2/V{\cdot}s$)가 높고, 가시광 영역에서 투명하며 저온에서 공정이 가능하다는 장점이 있다. 하지만, 차세대 디스플레이 백플레인에서는 더 높은 이동도 (> $30cm2/V{\cdot}s$)를 가지는 TFT가 요구된다. 따라서, 본 연구에서는 차세대 디스플레이에서 요구되는 높은 이동도를 갖는 TFT를 제작하기 위하여, amorphous In-Ga-Zn-O (a-IGZO) 채널하부에 화학적으로 안정하고 전도성이 뛰어난 SnO2 채널을 얇게 형성하여 TFT를 제작하였다. 표준 RCA 세정을 통하여 p-type Si 기판을 세정한 후, 열산화 공정을 거쳐서 두께 100 nm의 SiO2 게이트 절연막을 형성하였다. 본 연구에서 제안된 적층된 채널을 형성하기 위하여 5 nm 두계의 SnO2 층을 RF 스퍼터를 이용하여 증착하였으며, 순차적으로 a-IGZO 층을 65 nm의 두께로 증착하였다. 그 후, 소스/드레인 영역은 e-beam evaporator를 이용하여 Ti와 Al을 각각 5 nm와 120 nm의 두께로 증착하였다. 후속 열처리는 퍼니스로 N2 분위기에서 $600^{\circ}C$의 온도로 30 분 동안 실시하였다. 제작된 소자에 대하여 TFT의 전달 및 출력 특성을 비교한 결과, SnO2 층을 형성한 TFT에서 더 뛰어난 전달 및 출력 특성을 나타내었으며 이동도는 $8.7cm2/V{\cdot}s$에서 $70cm2/V{\cdot}s$로 크게 향상되는 것을 확인하였다. 결과적으로, 채널층 하부에 SnO2 층을 형성하는 방법은 추후 높은 이동도를 요구하는 디스플레이 백플레인 TFT 제작에 적용이 가능할 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2011.10a
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• pp.43.1-43.1
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• 2011

Hydrogenated amorphous Si (a-Si:H), low temperature poly Si (LTPS) 등 기존 thin film transistors (TFTs)에 사용되던 채널 물질을 대체할 재료로써 다양한 연구가 진행되고 있는 amorphous indium-gallium-zinc-oxide (a-IGZO)는 TFT에 적용하였을 때 뛰어난 전기적 특성과 재연성을 나타낼 뿐만 아니라 넓은 밴드갭을 가져 투명소자로도 응용이 가능하다. 본 연구에서는 a-IGZO의 열처리에 따른 소자의 전기적 특성과 조성 분포의 관계를 확인하기 위해 다음과 같이 실험을 진행하였다. Si/SiO2 기판 위에 DC sputter를 이용하여 IGZO를 증착하고 $350^{\circ}C$에서 열처리를 한 후 evaporator로 Al 전극을 형성시켰다. 이 때 전기적 특성의 변화를 비교하기 위해 열처리 한 샘플과 열처리 하지 않은 샘플에 대해 I-V 특성을 측정하였고, 채널 내부의 조성 분포 변화를 transmission electron microscopy (TEM)의 energy dispersive spectrometer (EDS)를 이용하여 관찰하였다. 그 결과 열처리 된 a-IGZO 채널 층의 산소 비율이 감소하였으며 전체적인 조성이 고르게 분포 되었고 전기적 특성은 향상되었다.

• 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.

• 한국정보디스플레이학회:학술대회논문집
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• 2008.10a
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• pp.222-225
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• 2008

We proposed the dry etching process recipe for the fabrication of In-Ga-Zn-O (IGZO)-based oxide TFTs, in which the etching behaviors of IGZO films were systematically investigated when the etching gas mixtures and their mixing ratios were varied. Good device characteristics of the fabricated TFT were successfully confirmed.

• 한국정보디스플레이학회:학술대회논문집
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• 2009.10a
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• pp.326-329
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• 2009

We investigated the degradation of $In_2O_3-Ga_2O_3$-ZnO (IGZO) thin-film transistors (TFTs), which is promising device for driving circuits of nextgeneration displays. We performed the electronic stress test by applying gate and drain voltage. We discussed the degradation mechanism by thermal analysis and device simulation.

• Journal of Sensor Science and Technology
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• v.28 no.2
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• pp.133-138
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• 2019

The a-InGaZnO (a-IGZO) thin film transistor (TFT) has the advantages of larger mobility than that of amorphous silicon TFTs, acceptable reliability and uniformity over a large area, and low process cost. A capacitive-type touch sensor was studied with an a-IGZO TFT that can be used on the front side of a display due to its transparency. A capacitive sensor detects changes of capacitance between the surface of the finger and the sensor electrode. The capacitance varies according to the distance between the sensor plate and the touching or non-touching of the sensing electrode. A capacitive touch sensor using only one a-IGZO TFT was developed with the reduction of two bus lines, which made it easy to reduce the pixel pitch. The proposed sensor circuit maintained the amplification performance, which was investigated for various drive conditions.