• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2009.05a
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• pp.134-134
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• 2009

ITZO 박막은 2개의 캐소드 (DC, RF)를 이용하여 마그네트론 2원 동시 방전법에 의해 고온에서 안정한 polyimide 기판위에 상온에서 증착하고 $200^{\circ}C$에서 어닐링 하였다. XRD 측정 결과 어닐링 과정을 거친 막들은 Zn의 도입에 따란 결정성이 감소하다가 RF파워 280W에서 증착한 박막은 완전한 비정질 구조를 보였다. AFM 측정과 밴딩 테스트 결과, ITO 및 ITZO 박막들은 결정성이 감소할수록 매끄러운 표면과 낮은 저항 변화율을 보여주었다. 전기 비정항은 Zn 함량이 증가함에 따라 증가하였지만, 광학적 투과율은 $200^{\circ}C$ 어닐링 과정을 거친후의 막들에 있어서 증가됨을 보였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.243.1-243.1
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• 2013

본 연구에서는 산소 분압과 열처리 온도에 따른 ITZO 박막 트랜지스터의 전기적 특성 향상을 목적으로 실험을 진행하였다. 1) ITZO 박막 증착 시 산소 분압 가변($O_2/(Ar+O_2)$ 30~40%), 열처리 온도 고정($350^{\circ}C$)과 2) ITZO 박막 증착 시 산소 분압 고정(30%), 열처리 온도($200{\sim}400^{\circ}C$)를 가변하여 실험을 진행하였다. 두 실험 모두 특성향상을 위해 산소 분위기에서 열처리를 진행하였다. 산소의 분압이 증가할수록 산소 빈자리를 채우면서 전자 농도가 감소하여 채널 전도 효과가 줄어들면서 Hump 현상이 발생하였고, 스윙이 증가, 문턱 전압이 음의 방향으로 이동하였다. 이에 $O_2/(Ar+O_2)$)의 30%에서 30%일때, 문턱전압은 1.98 V, 전계 효과 이동도는 28.97 $cm2/V{\cdot}s$, sub-threshold swing은 280 mv/dec, on-off 비율은 ~107로 가장 우수한 전기적 특성을 보였다. 또한 열처리 온도 가변 시 $400^{\circ}C$에서 전계 효과 이동도는 28.97 $cm^2/V{\cdot}s$로 $200^{\circ}C$의 전계 효과 이동도는 11.59 $cm^2/V{\cdot}s$에 비해 약 3배 증가하였고, 소자의 스위칭 척도인 sub-threshold swing은 약 180 mv/dec 감소하였다. 문턱 전압은 0.97V, on-off ratio는 약 107을 보였다. 동일한 산소 분압의 분위기에서 $400^{\circ}C$ 열처리 시 가장 우수한 전기적 특성을 보였고, 저온 공정으로 인한 플렉서블 디스플레이 투명 디스플레이 적용 가능성을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.178.1-178.1
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• 2013

산화물 반도체는 가시광선영역인 380~780nm에서의 투과율이 80% 이상이고, 3.2eV 이상의 밴드갭과 높은 이동도를 가지는 물질로 투명하고 휘어지는 디스플레이에 전도유망한 물질로 연구되고 있다. $10cm^2/V{\cdot}s$ 이상의 이동도를 확보하기 위해 IGZO에서 Ga대신 Sn을 첨가한 ITZO 산화물 반도체에 대한 연구가 되고 있다. 본 연구에서 ITZO 산화물 반도체 박막 증착 시 가장 중요한 특성으로 알려진 산소의 영향에 따른 광학적 특성을 알아보기 위한 실험이다. RF 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 산소 가스 분압에 따라 ITZO 박막을 증착하였다. $(Ar+O_2)$의 합을 20으로 고정하고 $O_2/(Ar+O_2)$의 비율을 0~40%까지 가변하였고, $O_2$의 비율이 증가함에 따라 증착율은 감소하는 경향을 보였다. 투명 소자로서의 가능성을 판단하기 위하여 밴드갭과 투과도를 측정하였다. 광학적 밴드갭은 증착 시 산소 분압이 0%에서 40%로 증가할수록 3.46eV에서 3.32eV로 감소하였고, 또한 투과도가 가시광 영역(380~770nm)에서 87%에서 85% 감소하였다. In, Sn, Zn 의 금속 원자와의 결합 과정에서 산소의 빈자리가 줄어들어 전도도가 감소하여 광학적 밴드갭이 감소함에 따라 투과도가 감소하는 것을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.243.2-243.2
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• 2013

본 실험에서 $SiO_2$, $SiN_x$ 게이트 절연막에 따른 ITZO 산화물 반도체 트랜지스터를 제작하여, 온도변화에 따라 전달 특성 변화를 측정하여 열에 대한 소자의 안정성을 비교, 분석하였다. 온도가 증가함에 따라 carrier가 증가하는 온도 의존성을 보이며, 이로 인해 Ioff가 증가하였다. multiple-trapping 모델을 적용하여, 이동도 증가와 문턱 전압이 감소를 확인하였다. 또한 M-N rule을 적용하여 $SiO_2$, $SiN_x$ 게이트 절연막을 가진 ITZO 산화물 박막 트랜지스터의 활성화 에너지를 추출하고, sub-threshold 지역에서 활성화 에너지의 변화량이 $SiO_2$, SiNX 각각 0.37 eV/V, 0.24 eV/V로 차이를 통해 $SiN_x$ 게이트 절연체를 가진 ITZO 산화물 반도체 트랜지스터의 이동도와 문턱 전압의 변화가 더 컸음을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.151.1-151.1
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• 2015

본 연구에서는 $O_2$ 플라즈마 처리에 따른 용액 공정 기반 ITZO 박막 트랜지스터를 제작하여, 산소에 따른 문턱전압 변화를 비교, 분석하였다. 처리시간은 0초에서 50초까지 가변하였다. 전달 곡선으로 트랜지스터의 특성을 평가하고, XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)를 통해 Zn, In, Sn-O 결합과 산소 결합 결함을 확인하였다. 처리 시간이 증가 할수록 문턱전압이 -6.8V에서 -2.1V로 이동하였다. 처리시간이 길어질수록 OM/OL 비율이 0.4533에서 0.4381로 감소하였고, 또한 산소 결합 결함이 감소하였다. 실험결과를 통해 산소 결합 결함을 조절함으로써 문턱전압이 양의 방향으로 이동함을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.217.2-217.2
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• 2015

본 연구에서는 ITZO를 용액으로 제작하여, $O_2$ 플라즈마 처리를 통해 표면 및 광학적 특성을 분석하였다. 열처리 전 처리시간(0초~70초)을 가변하여 $O_2$ 플라즈마 처리하였다. 박막의 표면 상태를 RMS (Root Mean Square)로 비교하였다. 처리 전 표면의 거칠기는 1.38 nm이고, 50초에서 0.67nm로 표면의 상태가 좋아지며, 이후에는 RMS가 증가하여 표면 상태가 안 좋아짐을 확인하였다. 50초까지는 $O_2$ 플라즈마 처리를 통해 표면 상태의 개선된 효과를 얻을 수 있지만, 70초 이후에는 표면이 에칭되어 저하된 특성을 보이는 것을 확인하였다. 광학적 특성은 투과도와 밴드갭으로 차이를 확인하였다. 가시광선 영역 (380 nm~770 nm)에서의 투과도는 92%에서 90%로 감소하였고, 밴드갭은 3.64eV에서 3.57eV로 줄어들었다. $O_2$ 플라즈마 처리 시간에 따라 개선효과를 얻을 수 있지만, 70초 이후에는 표면에 결함을 야기하여 표면 및 광학적 특성의 저하를 보였다.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.28 no.4
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• pp.247-253
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• 2018

We examined the characteristics of indium tin zinc oxide (ITZO) thin film transistors (TFTs) on polyimide (PI) substrates for next-generation flexible display application. In this study, the ITZO TFT was fabricated and analyzed with a SiOx/SiNx gate insulator deposited using plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) below $350^{\circ}C$. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and secondary ion mass spectroscopy (SIMS) results revealed that the oxygen vacancies and impurities such as H, OH and $H_2O$ increased at ITZO/gate insulator interface. Our study suggests that the hydrogen related impurities existing in the PI and gate insulator were diffused into the channel during the fabrication process. We demonstrate that these impurities and oxygen vacancies in the ITZO channel/gate insulator may cause degradation of the electrical characteristics and bias stability. Therefore, in order to realize high performance oxide TFTs for flexible displays, it is necessary to develop a buffer layer (e.g., $Al_2O_3$) that can sufficiently prevent the diffusion of impurities into the channel.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.324-324
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• 2012

투명전도체(Transparent Conducting Oxides: TCOs)는 일반적으로 면저항이 $103{\Omega}/sq$ 이하로 전기가 잘 통하며, 가시광선영역인 380~780 nm에서의 투과율이 80% 이상이고, 3.2eV 이상의 밴드갭을 가지는 재료로써, 전기전도도와 가시광선영역에서 투과성이 높아 전기적, 광학적 재료로 관심을 받아 다년간 연구대상이 되어오고 있다. 현재 가장 널리 사용되고 있는 투명전도체(Transparent Conducting Oxides: TCOs) 소재로는 Indium Tin Oxide (ITO)가 가장 각광받고 있지만, Indium의 가격상승과 박막의 열처리를 통해 저항이 증가하는 단점을 가지고 있어 이를 대체 할 새로운 소재 개발이 필요한 상황이다. 그러므로 투명전도체 소재 개발에 있어서 가장 중요한 연구과제는 Indium Tin Oxide(ITO)의 단점을 개선시키고 안정된 고농도의 In-Zn-Sn-O(ITZO) 박막을 성장시키는 것이다. 본 연구에서는 RF스퍼터링법에 의하여 Si wafer에 In-Zn-Sn-O(IZTO)를 $350{\AA}$ 만큼 증착시키고, 1시간 동안 $300^{\circ}C$, $350^{\circ}C$, $400^{\circ}C$로 각각 열처리 하였다. 박막의 전자적, 광학적 특성은 XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy), REELS(Reflection Electron Energy Loss Spectroscopy)를 이용하여 연구하였다. XPS측정결과, ITZO박막은 In-O, Sn-O and Zn-O의 결합을 가지고 있고, 박막의 열처리를 통해 $400^{\circ}C$에서 Zn2p의 피크가 가장 크게 나타나는 반면 In3d와 Sn3d는 열처리를 했을 때가 Room Temperature에서 보다 피크가 작아지는 것을 확인하였다. 이는 $400^{\circ}C$에서 Zn가 표면에 편석됨을 나타낸다. 그리고 REELS를 이용해 Ep=1500 eV에서의 밴드갭을 얻어보면, 밴드갭은 $3.25{\pm}0.05eV$로 온도에 크게 변화하지 않았다. 또한 QUEELS -Simulation에 의한 광학적 특성 분석 결과, 가시광선영역인 380nm~780nm에서의 투과율이 83%이상으로 투명전자소자로의 응용이 가능하다는 것을 보여주었다.

• Journal of the Korean institute of surface engineering
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• v.48 no.6
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• pp.292-296
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• 2015

Indium tin zinc oxide (ITZO) thin films were deposited on glass and quartz substrates by RF magnetron sputtering. The substrate temperature varied from $100^{\circ}C$ to $400^{\circ}C$. The structural and optical properties of thin films were investigated by X-ray diffraction (XRD), Field Emission Scanning electron microscopy (FESEM) and UV-Visible transmission spectra. It has been found from X-ray diffraction patterns that increasing the substrate temperature, the amorphous structure changes into polycrystalline structure. The FESEM results showed that all ITZO thin films have a smooth surface. The average optical transmittance (400 - 800 nm) was 82% and 80% at all films deposited at $200^{\circ}C$. The band gap energy ranges 3.41 to 3.57eV and 2.81 to 3.44eV with a maximum value at $200^{\circ}C$ all substrates temperature.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.245-245
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• 2012

차세대 디스플레이로 각광받고 있는 AMOLED에 대한 관심이 높아짐에 따라 구동 소자의 연구가 활발히 이루어지고 있다. 산화물 반도체 박막 트랜지스터는 비정질 실리콘 박막 트랜지스터에 비해 100 $cm^2$/Vs 이하의 높은 이동도와 우수한 전기적 특성으로 AMOLED 구동 소자로서 학계에서 입증되어왔고, 현재 여러 기업에서 산화물 반도체를 이용한 박막 트랜지스터 제작 연구가 활발히 이루어지고 있다. 본 연구는 열처리 조건을 가변하여 제작한 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 전기적 특성 분석을 목적으로 한다. 실리콘 기판에 oxidation 공정을 이용하여 SiO2 100 nm, DC스퍼터링을 이용하여 ITZO (Indium-Tin-Zinc Oxide) 산화물 반도체 박막 50 nm, 증착된 산화물 반도체 박막의 열처리 후, evaporation을 이용하여 source/drain 전극 Ag 150 nm 증착하여 박막 트랜지스터를 제작하였다. 12 sccm의 산소유량, 1시간의 열처리 시간에서 열처리 온도 $400^{\circ}C$, $200^{\circ}C$의 샘플은 각각 이동도 $29.52cm^2/V{\cdot}s$, $16.15cm^2/V{\cdot}s$, 문턱전압 2.61 V, 6.14 V, $S{\cdot}S$ 0.37 V/decade, 0.85 V/decade, on-off ratio 5.21 E+07, 1.10 E+07이었다. 30 sccm의 산소유량, 열처리 온도 $200^{\circ}C$에서 열처리 시간 1시간, 1시간 30분 샘플은 각각 이동도 $12.27cm^2/V{\cdot}s$, $10.15cm^2/V{\cdot}s$, 문턱전압 8.07 V, 4.21 V, $S{\cdot}S$ 0.89 V/decade, 0.71 V/decade, on-off ratio 4.31 E+06, 1.05 E+07이었다. 산화물 반도체의 열처리 효과 분석을 통하여 높은 열처리 온도, 적은 산소의 유량, 열처리 시간이 길수록 이동도, 문턱전압, $S{\cdot}S$의 산화물 박막 트랜지스터 소자의 전기적 특성이 개선되었다.