• 한국정보디스플레이학회:학술대회논문집
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• 한국정보디스플레이학회 2009년도 9th International Meeting on Information Display
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• pp.927-930
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• 2009

We studied the solution processes of IGZO thin films and investigated the electrical characteristics of thin film transistor (TFT) with sol-gel processed InGaZn-oxide active semiconductor layer. In particular, the effect of composition variation and post annealing temperature were studied by using solutions having various metal cation ratios to optimize transistor performance.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.253-253
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• 2012

Low temperature SiOx film process has being required for both silicon and oxide (IGZO) based low temperature thin film transistor (TFT) for application of flexible display. In recent decades, from low density and high pressure such as capacitively coupled plasma (CCP) type plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) to the high density plasma and low pressure such as inductively coupled plasma (ICP) and electron cyclotron resonance (ECR) have been used to researching to obtain high quality silicon oxide (SiOx) thin film at low temperature. However, these plasma deposition devices have limitation of controllability of process condition because process parameters of plasma deposition such as RF power, working pressure and gas ratio influence each other on plasma conditions which non-leanly influence depositing thin film. In compared to these plasma deposition devices, neutral beam assisted chemical vapor deposition (NBaCVD) has advantage of independence of control parameters. The energy of neutral beam (NB) can be controlled independently of other process conditions. In this manner, we obtained NB dependent high crystallized intrinsic and doped silicon thin film at low temperature in our another papers. We examine the properties of the low temperature processed silicon oxide thin films which are fabricated by the NBaCVD. NBaCVD deposition system consists of the internal inductively coupled plasma (ICP) antenna and the reflector. Internal ICP antenna generates high density plasma and reflector generates NB by auger recombination of ions at the surface of metal reflector. During deposition of silicon oxide thin film by using the NBaCVD process with a tungsten reflector, the energetic Neutral Beam (NB) that controlled by the reflector bias believed to help surface reaction. Electrical and structural properties of the silicon oxide are changed by the reflector bias, effectively. We measured the breakdown field and structure property of the Si oxide thin film by analysis of I-V, C-V and FTIR measurement.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.311-311
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• 2016

최근 고성능 디스플레이 개발이 요구되면서 기존 비정질 실리콘(a-Si)을 대체할 산화물 반도체에 대한 연구 관심이 급증하고 있다. 여러 종류의 산화물 반도체 중 a-IGZO (amorphous indium-gallium-zinc oxide)가 높은 전계효과 이동도, 저온 공정, 넓은 밴드갭으로 인한 투명성 등의 장점을 가지며 가장 연구가 활발하게 보고되고 있다. 기존에는 SG(단일 게이트) TFT가 주로 제작 되었지만 본 연구에서는 DG(이중 게이트) 구조를 적용하여 고성능의 a-IGZO 기반 박막 트랜지스터(TFT)를 구현하였다. SG mode에서는 하나의 게이트가 채널 전체 영역을 제어하지만, double gate mode에서는 상, 하부 두 개의 게이트가 동시에 채널 영역을 제어하기 때문에 채널층의 형성이 빠르게 이루어지고, 이는 TFT 스위칭 속도를 향상시킨다. 또한, 상호 모듈레이션 효과로 인해 S.S(subthreshold swing)값이 낮아질 뿐만 아니라, 상(TG), 하부 게이트(BG) 절연막의 계면 산란 현상이 줄어들기 때문에 이동도가 향상되고 누설전류 감소 및 안정성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다. Dual gate mode로 동작을 시키면, TG(BG)에는 일정한 positive(or negative)전압을 인가하면서 BG(TG)에 전압을 가해주게 된다. 이 때, 소자의 채널층은 depletion(or enhancement) mode로 동작하여 다른 전기적인 특성에는 영향을 미치지 않으면서 문턱 전압을 쉽게 조절 할 수 있는 장점도 있다. 제작된 소자는 p-type bulk silicon 위에 thermal SiO2 산화막이 100 nm 형성된 기판을 사용하였다. 표준 RCA 클리닝을 진행한 후 BG 형성을 위해 150 nm 두께의 ITO를 증착하고, BG 절연막으로 두께의 SiO2를 300 nm 증착하였다. 이 후, 채널층 형성을 위하여 50 nm 두께의 a-IGZO를 증착하였고, 소스/드레인(S/D) 전극은 BG와 동일한 조건으로 ITO 100 nm를 증착하였다. TG 절연막은 BG 절연막과 동일한 조건에서 SiO2를 50 nm 증착하였다. TG는 S/D 증착 조건과 동일한 조건에서, 150 nm 두께로 증착 하였다. 전극 물질과, 절연막 물질은 모두 RF magnetron sputter를 이용하여 증착되었고, 또한 모든 patterning 과정은 표준 photolithography, wet etching, lift-off 공정을 통하여 이루어졌다. 후속 열처리 공정으로 퍼니스에서 질소 가스 분위기, $300^{\circ}C$ 온도에서 30 분 동안 진행하였다. 결과적으로 $9.06cm2/V{\cdot}s$, 255.7 mV/dec, $1.8{\times}106$의 전계효과 이동도, S.S, on-off ratio값을 갖는 SG와 비교하여 double gate mode에서는 $51.3cm2/V{\cdot}s$, 110.7 mV/dec, $3.2{\times}108$의 값을 나타내며 훌륭한 전기적 특성을 보였고, dual gate mode에서는 약 5.22의 coupling ratio를 나타내었다. 따라서 산화물 반도체 a-IGZO TFT의 이중게이트 구조는 우수한 전기적 특성을 나타내며 차세대 디스플레이 시장에서 훌륭한 역할을 할 것으로 기대된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.169-169
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• 2010

As display industry requires various applications for future display technology, which can guarantees high level of flexibility and transparency on display panel, oxide semiconductor materials are regarded as one of the best candidates. $InGaZnO_4$(IGZO) has gathered much attention as a post-transition metal oxide used in active layer in thin-film transistor. Due to its high mobility fabricated at low temperature fabrication process, which is proper for application to display backplanes and use in flexible and/or transparent electronics. Electrical performance of amorphous oxide semiconductors depends on the resistance of the interface between source/drain metal contact and active layer. It is also affected by sheet resistance on IGZO thin film. Controlling contact/sheet resistance has been a hot issue for improving electrical properties of AOS(Amorphous oxide semiconductor). To overcome this problem, post-annealing has been introduced. In other words, through post-annealing process, saturation mobility, on/off ratio, drain current of the device all increase. In this research, we studied on the relation between device's resistance and post-annealing temperature. So far as many post-annealing effects have been reported, this research especially analyzed the change of electrical properties by increasing post-annealing temperature. We fabricated 6 main samples. After a-IGZO deposition, Samples were post-annealed in 5 different temperatures; as-deposited, $100^{\circ}C$, $200^{\circ}C$, $300^{\circ}C$, $400^{\circ}C$ and $500^{\circ}C$. Metal deposition was done on these samples by using Mo through E-beam evaporation. For analysis, three analysis methods were used; IV-characteristics by probe station, surface roughness by AFM, metal oxidation by FE-SEM. Experimental results say that contact resistance increased because of the metal oxidation on metal contact and rough surface of a-IGZO layer. we can suggest some of the possible solutions to overcome resistance effect for the improvement of TFT electrical performances.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.163-163
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• 2015

The effect of nematic liquid crystal(5CB-4-Cyano-4'-pentylbiphenyl) on the amorphous indium gallium zinc oxide thin film transistors(a-IGZO TFTs) was investigated. Through dropping the 5CB on the a-IGZO TFT's channel layer which is deposited by RF-magnetron sputtering, properties of a-IGZO TFTs was dramatically improved. When drain bias was induced, 5CB molecules were oriented by Freedericksz transition generating positive charges to one side of dipoles. From increment of the capacitance by orientation of liquid crystals, the drain current was increased, and we analyzed these phenomena mathematically by using MOSFET model. Transfer characteristic showed improvement such as decreasing of subthreshold slope(SS) value 0.4 to 0.2 and 0.45 to 0.25 at linear region and saturation region, respectively. Furthermore, in positive bias system(PBS), prevention effect for electron trapping by 5CB liquid crystal dipoles was observed, which showing decrease of threshold voltage shift [(${\delta}V$]_TH) when induced +20V for 1~1000sec at the gate electrode.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제23권5호
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• pp.349-352
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• 2010

Thin-film transistors (TFTs) were fabricated using amorphous indium gallium zinc oxide (a-IGZO) channels by rf-magnetron sputtering at room temperature. We have studied the effect of oxygen partial pressure on the threshold voltage($V_{th}$) of a-IGZO TFTs. Interestingly, the $V_{th}$ value of the oxide TFTs are slightly shifted in the positive direction due to increasing $O_2$ partial pressure from 0.007 to 0.009 mTorr. The device performance is significantly affected by varying $O_2$ ratio, which is closely related with oxygen vacancies provide the needed free carriers for electrical conduction.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.351.1-351.1
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• 2014

In this study, we prepared the solution-based In-Ga-Zn oxide thin film transistors (IGZO TFTs) of multistacked active layer and characterized the gate bias instability by measuring the change in threshold voltage caused by stacking. The solutions for IGZO active layer were prepared by In:Zn=1:1 mole ratio and the ratio of Ga was changed from 20% to 30%. The TFTs with multistacked active layer was fabricated by stacking single, double and triple layers from the prepared solutions. As the number of active layer increases, the saturation mobility shows the value of 1.2, 0.8 and 0.6 (). The electrical properties have the tendency such as decreasing. However when gate bias VG=10 V is forced to gate electrode for 3000 s, the threshold voltage shift was decreased from 4.74 V to 1.27 V. Because the interface is formed between the each layers and this affected the current path to reduce the electrical performances. But the uniformity of active layer was improved by stacking active layer with filling the hole formed during pre-baking so the stability of device was improved. These results suggest that the deposition of multistacked active layer improve the stability of the device.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.339-339
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• 2012

지난 몇 년 동안, 투명 비정질 산화물 반도체는 유기 발광 다이오드, 플렉서블 전자 소자, 솔라 셀, 바이오 센서 등 많은 응용분야에 연구되고 있다. 투명 비정질 산화물 반도체 그룹들 중, 특히 비정질 IGZO 박막 트랜지스터는 비정질 상태임에도 불구하고 높은 이동도와 낮은 동작 전압으로 훌륭한 소자 특성을 보인다. 이러한 고성능의 IGZO 박막 트랜지스터는 RF 마그네트론 스퍼터링이나 pulsed laser deposition과 같은 고진공 장비를 이용하여 이미 여러 그룹에서 제작되고 발표되었다. 하지만 진공 증착 시스템은 제조 비용의 절감이나 디스플레이 패널의 대면적화에 큰 걸림돌이 되고 있고, 이러한 문제점을 극복하기 위해서 용액 공정은 하나의 해결책이 될 수 있다. 용액 공정의 가장 큰 장점으로는 저온 공정이 가능하기 때문에 글라스나 플라스틱 기판에서 대면적으로 제작할 수 있고 진공 장비가 필요없기 때문에 제조 비용을 획기적으로 절감시킬 수 있다. 본 연구에서는 high-k 게이트 절연막과 IGZO 채널 층을 용액 공정을 이용하여 박막 트랜지스터를 제작하고 그에 따른 전기적 특성을 분석하였다. IGZO의 몰 비율은 In, Ga, Zn 순으로 각각 0.2 mol, 0.1 mol, 0.1 mol로 제작하였고, high-k 게이트 절연막으로는 Al2O3, HfO2, ZrO2을 제작하였다. 또한, 용액 공정 IGZO TFT를 제작하기 전, 용액 공정 high-k 게이트 절연막 캐패시터를 제작하여 그 특성을 분석하였다. 다양한 용액 공정 high-k 게이트 절연막 중, 용액공정 HfO2를 이용한 IGZO TFT는 228.3 [mV/dec]의 subthreshold swing, 18.5 [$cm^2/V{\cdot}s$]의 유효 전계 이동도, $4.73{\times}106$의 온/오프 비율을 보여 매우 뛰어난 전기적 특성을 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.262-262
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• 2016

최근 고해상도 디스플레이가 주목받으면서 기존 비정질 실리콘(a-Si)을 대체할 수 있는 재료에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. a-Si의 경우 간단한 공정 과정, 적은 생산비용, 대면적화가 가능하다는 장점이 있지만 전자 이동도가 매우 낮은 단점이 있다. 반면, 산화물 반도체는 비정질 상태에서 전자 이동도가 높으며 큰 밴드갭을 가지고 있어 투명한 특성을 나타낼 뿐만 아니라, 저온공정이 가능하여 기판의 제한이 없는 장점을 가지고 있다. 대표적으로 가장 널리 연구되고 있는 산화물 반도체는 a-IGZO(amorphous indium-gallium-zinc oxide)이다. 그러나 InZnO(IZO) 기반의 산화물 반도체에서 carrier suppressor 역할을 하는 Ga(gallium)은 수요에 대한 공급이 원활하지 못하여 비싸다는 단점이 있다. 그러므로 경제적이면서 a-IGZO와 유사한 전기적 특성을 나타낼 수 있는 suppressor 물질이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 IZO 기반의 산화물 반도체에서 Ga을 Hf(hafnium), Zr(zirconium), Si(silicon)으로 대체하여 용액증착(solution-deposition) 공정으로 각각의 채널층을 형성한 back-gate type의 박막 트랜지스터(thin-film transistor, TFT) 소자를 제작하였다. 용액증착 공정은 물질의 비율을 자유롭게 조절할 수 있고, 대기압의 조건에서도 공정이 가능하기 때문에 짧은 공정시간과 저비용의 장점이 있다. 제작된 소자는 p-type Si 위에 게이트 절연막으로 100 nm의 열산화막이 성장된 기판을 사용하였다. 표준 RCA 클리닝 후에 각 solution 물질을 spin coating 방식으로 증착하였다. 이후, photolithography, develop, wet etching의 과정을 거쳐 채널층 패턴을 형성하였다. 또한, 산화물 반도체의 전기적 특성을 향상시키기 위해서 후속 열처리 과정(post deposition annealing, PDA)은 필수적이다. CTA 방식은 높은 열처리 온도와 긴 열처리 시간의 단점이 있다. 따라서, 본 연구에서는 $100^{\circ}C$ 이하의 낮은 온도와 짧은 열처리 시간의 장점을 가지는 MWI (microwave irradiation)를 후속 열처리로 진행하였다. 그 결과, 각 물질로 구현된 소자들은 기존 a-IGZO와 비교하여 적은 양의 carrier suppressor로도 우수한 전기적 특성 및 안정성을 얻을 수 있었다. 따라서, Si, Hf, Zr 기반의 산화물 반도체는 기존의 Ga을 대체하여 저비용으로 디스플레이를 구현할 수 있는 IZO 기반 재료로 기대된다.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제15권5호
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• pp.519-525
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• 2015

Positive bias stress-induced instability in amorphous indium-gallium-zinc-oxide (a-IGZO) bottom-gate thin-film transistors (TFTs) was investigated under high $V_{GS}$/low $V_{DS}$ and low $V_{GS}$/high $V_{DS}$ stress conditions through incorporating a forward/reverse $V_{GS}$ sweep and a low/high $V_{DS}$ read-out conditions. Our results showed that the electron trapping into the gate insulator dominantly occurs when high $V_{GS}$/low $V_{DS}$ stress is applied. On the other hand, when low $V_{GS}$/high $V_{DS}$ stress is applied, it was found that holes are uniformly trapped into the etch stopper and electrons are locally trapped into the gate insulator simultaneously. During a recovery after the high $V_{GS}$/low $V_{DS}$ stress, the trapped electrons were detrapped from the gate insulator. In the case of recovery after the low $V_{GS}$/high $V_{DS}$ stress, it was observed that the electrons in the gate insulator diffuse to a direction toward the source electrode and the holes were detrapped to out of the etch stopper. Also, we found that the potential profile in the a-IGZO bottom-gate TFT becomes complicatedly modulated during the positive $V_{GS}/V_{DS}$ stress and the recovery causing various threshold voltages and subthreshold swings under various read-out conditions, and this modulation needs to be fully considered in the design of oxide TFT-based active matrix organic light emitting diode display backplane.