• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2008년도 추계학술대회 논문집 Vol.21
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• pp.40-40
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• 2008

$InGaZnO_4$ based thin film transistors (TFTs) are of interest for large area and low cost electronics. The TFTs have strong potential for application in flat panel displays and portable electronics due to their high field effect mobility, high on/off current ratios, and high optical transparency. The application of such room temperature processed transistors, however, is often limited by the operation voltage and long-tenn stability. Therefore, attaining an optimum thickness is necessary. We investigated the thickness dependence of a room temperature grown $MgO_{0.3}BST_{0.7}$ composite gate dielectric and an $InGaZnO_4$ (IGZO) active semiconductor on the electrical characteristics of thin film transistors fabricated on a polyethylene terephthalate (PET) substrate. The TFT characteristics were changed markedly with variation of the gate dielectric and semiconductor thickness. The optimum gate dielectric and active semiconductor thickness were 300 nm and 30 nm, respectively. The TFT showed low operating voltage of less than 4 V, field effect mobility of 21.34 cm2/$V{\cdot}s$, an on/off ratio of $8.27\times10^6$, threshold voltage of 2.2 V, and a subthreshold swing of 0.42 V/dec.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.187-187
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• 2012

Solution-processed metal-alloy oxides such as indium zinc oxide (IZO), indium gallium zinc oxide (IGZO) has been extensively researched due to their high electron mobility, environmental stability, optical transparency, and solution-processibility. In spite of their excellent material properties, however, there remains a challenging problem for utilizing IZO or IGZO in electronic devices: the supply shortage of indium (In). The cost of indium is high, what is more, indium is becoming more expensive and scarce and thus strategically important. Therefore, developing an alternative route to improve carrier mobility of solution-processable ZnO is critical and essential. Here, we introduce a simple route to achieve high-performance and low-temperature solution-processed ZnO thin film transistors (TFTs) by employing alkali-metal doping such as Li, Na, K or Rb. Li-doped ZnO TFTs exhibited excellent device performance with a field-effect mobility of $7.3cm^2{\cdot}V-1{\cdot}s-1$ and an on/off current ratio of more than 107. Also, in case of higher drain voltage operation (VD=60V), the field effect mobility increased up to $11.45cm^2{\cdot}V-1{\cdot}s-1$. These all alkali metal doped ZnO TFTs were fabricated at maximum process temperature as low as $300^{\circ}C$. Moreover, low-voltage operating ZnO TFTs was fabricated with the ion gel gate dielectrics. The ultra high capacitance of the ion gel gate dielectrics allowed high on-current operation at low voltage. These devices also showed excellent operational stability.

• 전기학회논문지
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• 제67권6호
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• pp.799-803
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• 2018

We demonstrated memory thin-film transistors (MTFTs) with organic ferroelectric polymer poly(vinylidene fluoride-co-trifluoroethylene) and an amorphous oxide semiconducting indium gallium zinc oxide channel on the elastomeric substrate. The dielectric constant for the P(VDF-TrFE) thin film prepared on the elastomeric substrate was calculated to be 10 at a high frequency of 1 MHz. The voltage-dependent capacitance variations showed typical butterfly-shaped hysteresis behaviors owing to the polarization reversal in the film. The carrier mobility and memory on/off ratio of the MTFTs showed $15cm^2V^{-1}s^{-1}$ and $10^6$, respectively. This result indicates that the P(VDF-TrFE) film prepared on the elastomeric substrate exhibits ferroelectric natures. The fabricated MTFTs exhibited sufficiently encouraging device characteristics even on the elastomeric substrate to realize mechanically stretchable nonvolatile memory devices.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제22권1호
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• pp.117-124
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• 2018

박막 두께가 다른 무접합 비정질 InGaZnO 막막 트랜지스터를 제작하고 박막 두께, 동작 온도 및 빛의 세기에 따른 소자의 성능 변수를 추출하고 게이트 산화층 항복전압을 분석하였다. 박막의 두께가 클수록 소자의 성능이 우수하나 드레인 전류의 증가로 게이트 산화층 항복전압은 감소하였다. 고온에서도 소자의 성능은 개선되었으나 게이트 산화층 항복 전압은 감소하였다. 빛의 세기가 증가할수록 광자에 의해 생성된 전자로 드레인 전류는 증가 하였으나 역시 게이트 산화층 항복전압은 감소하였다. 박의 두께가 클수록, 고온일수록, 빛의 세기가 강할수록 채널의 전자수가 증가하여 산화층으로 많이 주입되었기 때문이다. 무접합 a-IGZO 트랜지스터를 BEOL 트랜지스터로 사용하기 위해서는 박막 두께 및 동작 온도를 고려해서 산화층 두께를 설정해야 됨을 알 수 있었다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2010년도 춘계학술발표대회
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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.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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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.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.260-260
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• 2011

투명 비정질 산화물반도체는 디스플레이의 구동소자인 박막 트랜지스터에 채널층으로 사용된다. 또한 투명하면서 유연성이 있는 소자를 저비용으로 제작할 수 있는 장점을 가진다. 투명 산화물반도체 재료 중 IGZO는 Si 또는 GaAs와 같은 공유결합성 반도체와는 다른 전자 배치로 전도대가 금속이온의 ns 궤도에서 형성되며, 가전도대가 산소 음이온의 2p 궤도에서 형성된다. 특히 큰 반경의 금속 양이온은 인접한 양이온과 궤도 겹침이 크게 발생하게 되며 캐리어의 효과적인 이동 경로를 제공해줌으로써 다른 비정질 반도체와는 다르게 높은 전하이동도(~10 $cm^2$/Vs)를 가진다. 따라서 저온공정에서 우수한 성능의 TFT소자를 제작할 수 있는 장점이 있다. 본 연구에서는 TFT 채널층으로 사용하기 위한 a-IGZO박막의 산소분압에 따른 특성변화를 분석 하였다. a-IGZO박막은 Pulsed Laser Deposition (PLD)를 이용하여 산소분압(20~200 mTorr) 변화에 따라 Glass기판에 증착하였다. 증착된 a-IGZO 박막의 구조적 특성으로는 X-ray diffraction (XRD), Field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), 광학적 특성은 UV-vis spectroscopy 분석을 통해서 알아보았다. TFT 채널층의 조건으로는 낮은 off-current, 높은 on-off ratio를 위해 고저항 ($10^3\;{\Omega}cm$)의 진성반도체 성질과 source/drain금속과의 낮은 접촉저항(ohmic contact) 등의 전기적 성질이 필요하다. 따라서 이러한 전기적 특성확인을 위해 transmission line method (TLM)을 사용하여 접촉저항과 비저항을 측정하였고, 채널층으로 적합한 분압조건을 확인해볼 수 있었다.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제14권5호
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• pp.594-600
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• 2014

A threshold voltage compensation pixel circuit was developed for active-matrix organic light emitting diodes (AMOLEDs) using amorphous indium-gallium-zinc-oxide thin-film transistors (a-IGZO-TFTs). Oxide TFTs are n-channel TFTs; therefore, we developed a circuit for the n-channel TFT characteristics. The proposed pixel circuit was verified and proved by circuit analysis and circuit simulations. The proposed circuit was able to compensate for the threshold voltage variations of the drive TFT in AMOLEDs. The error rate of the OLED current for a threshold voltage change of 3 V was as low as 1.5%.

• Journal of Information Display
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• 제13권4호
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• pp.179-183
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• 2012

In this paper, a gate driver circuit for In-Ga-Zn-O thin-film transistors (TFTs) driven by only two clock signals is reported. In this circuit, the TFTs are turned off with a negative $V_{GS}$ by the two clock signals. As a result, it works properly and suppresses power consumption increase even though the TFT $V_T$ shifts in the negative direction.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2012년도 춘계학술발표대회
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• pp.110.1-110.1
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• 2012

Recently, advances in ZnO based oxide semiconductor materials have accelerated the development of thin-film transistors (TFTs), which are the building blocks for active matrix flat-panel displays including liquid crystal displays (LCD) and organic light-emitting diodes (OLED). However, the electrical performances of oxide semiconductors are significantly affected by interactions with the ambient atmosphere. Jeong et al. reported that the channel of the IGZO-TFT is very sensitive to water vapor adsorption. Thus, water vapor passivation layers are necessary for long-term current stability in the operation of the oxide-based TFTs. In the present work, $Al_2O_3$ and $TiO_2$ thin films were deposited on poly ether sulfon (PES) and $SnO_x$-based TFTs by electron cyclotron resonance atomic layer deposition (ECR-ALD). And enhancing the WVTR (water vapor transmission rate) characteristics, barrier layer structure was modified to $Al_2O_3/TiO_2$ layered structure. For example, $Al_2O_3$, $TiO_2$ single layer, $Al_2O_3/TiO_2$ double layer and $Al_2O_3/TiO_2/Al_2O_3/TiO_2$ multilayer were studied for enhancement of water vapor barrier properties. After thin film water vapor barrier deposited on PES substrate and $SnO_x$-based TFT, thin film permeation characteristics were three orders of magnitude smaller than that without water vapor barrier layer of PES substrate, stability of $SnO_x$-based TFT devices were significantly improved. Therefore, the results indicate that $Al_2O_3/TiO_2$ water vapor barrier layers are highly proper for use as a passivation layer in $SnO_x$-based TFT devices.