• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.241.2-241.2
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• 2013

최근, 비정질 산화물 반도체 thin film transistor (TFT)는 수소화된 비정질 실리콘 TFT와 비교하여 높은 이동도와 큰 on/off 전류비, 낮은 구동 전압을 가짐으로써 빠른 속도가 요구되는 차세대 투명 디스플레이의 TFT로 많은 연구가 진행되고 있다. 한편, 기존의 MOSFET 제작 시 우수한 박막을 얻기 위해서는 $500^{\circ}C$ 이상의 높은 열처리 온도가 필수적이며 이는 유리 기판과 플라스틱 기판에 적용하는 것이 적합하지 않고 높은 온도에서 수 시간 동안 열처리를 수행해야 하므로 공정 시간 및 비용이 증가하게 된다는 단점이 있다. 따라서, 본 연구에서는 RF sputter를 이용하여 증착된 비정질 InGaZnO pesudo MOSFET 소자를 제작하였으며, thermal 열처리와 microwave 열처리 방식에 따른 전기적 특성을 비교 및 분석하고 각 열처리 방식의 열처리 온도 및 조건을 최적화하였다. P-type bulk silicon 위에 산화막이 100 nm 형성된 기판에 RF 스퍼터링을 이용하여 InGaZnO 분말을 각각 1:1:2mol% 조성비로 혼합하여 소결한 타겟을 사용하여 70 nm 두께의 InGaZnO를 증착하였다. 연속해서 Photolithography 공정과 BOE(30:1) 습식 식각 과정을 이용해 활성화 영역을 형성하여 소자를 제작하였다. 제작 된 소자는 pseudo MOSFET 구조이며, 프로브 탐침을 증착 된 채널층 표면에 직접 접촉시켜 소스와 드레인 역할을 대체하여 동작시킬 수 있어 전기적 특성을 간단하고 간략화된 공정과정으로 분석할 수 있는 장점이 있다. 열처리 조건으로는 thermal 열처리의 경우, furnace를 이용하여 각각 $300^{\circ}C$, $400^{\circ}C$, $500^{\circ}C$, $600^{\circ}C$에서 30분 동안 N2 가스 분위기에서 열처리를 실시하였고, microwave 열처리는 microwave를 이용하여 각각 400 W, 600 W, 800 W, 1000 W로 20분 동안 실시하였다. 그 결과, furnace를 이용하여 열처리한 소자와 비교하여 microwave 를 통해 열처리한 소자에서 subthreshold swing (SS), threshold voltage (Vth), mobility 등이 개선되는 것을 확인하였다. 따라서, microwave 열처리 공정은 향후 저온 공정을 요구하는 MOSFET 제작 시의 훌륭한 대안으로 사용 될 것으로 기대된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.166-166
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• 2010

Recently, TFTs based on amorphous oxide semiconductors (AOSs) such as ZnO, InZnO, ZnSnO, GaZnO, TiOx, InGaZnO(IGZO), SnGaZnO, etc. have been attracting a grate deal of attention as potential alternatives to existing TFT technology to meet emerging technological demands where Si-based or organic electronics cannot provide a solution. Since, in 2003, Masuda et al. and Nomura et al. have reported on transparent TFTs using ZnO and IGZO as active layers, respectively, much efforts have been devoted to develop oxide TFTs using aforementioned amorphous oxide semiconductors as their active layers. In this thesis, I report on the performance of thin-film transistors using amorphous indium gallium zinc oxides for an active channel layer at room temperature. $SiO_2$ was employed as the gate dielectric oxide. The amorphous indium gallium zinc oxides were deposited by RF magnetron sputtering. The carrier concentration of amorphous indium gallium zinc oxide was controlled by oxygen pressure in the sputtering ambient. Devices are realized that display a threshold voltage of 1.5V and an on/off ration of > $10^9$ operated as an n-type enhancement mode with saturation mobility with $9.06\;cm^2/V{\cdot}s$. The devices show optical transmittance above 80% in the visible range. In conclusion, the fabrication and characterization of thin-film transistors using amorphous indium gallium zinc oxides for an active channel layer were reported. The operation of the devices was an n-type enhancement mode with good saturation characteristics.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제26권5호
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• pp.385-390
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• 2013

$(Ga_2O_3)_x(ZnO)_{100-x}$ (GZO) films were prepared at room temperature by using a facing target sputtering (FTS) system and their electrical resistivites was investigated as a function of the $Ga_2O_3$ content. The GZO film with an atomic ratio of $Ga_2O_3$ of x= 7 wt.%, shows the lowest resistivity of $7.5{\times}10^{-4}{\Omega}{\cdot}cm$. The GZO films were also prepared at various substrate temperatures from room temperature to $300^{\circ}C$, and their electrical resistivity was found to be improved as the substrate temperature was increased, A very low resistivity of $2.8{\times}10^{-4}{\Omega}{\cdot}cm$ that is almost comparable with that of ITO film was obtained in the GZO films prepared at the substrate temperature of $300^{\circ}C$ by using the FTS.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.120-120
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• 2010

최근 투명전도성 산화물(Transparent Conductive Oxide, TCO) 박막은 액정 표시소자(LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP), 압전소자 및 태양전지의 투명소자로 사용되어지고 있다. 현재 가장 널리 사용되어지고 있는 투명전극물질인 인듐주석산화물(indium tin oxide, ITO)은 낮은 비저항과 높은 투과율을 가지고 있지만, 높은 원자재의 가격 및 수소플라즈마 처리시 In과 Sn이 환원되어 전기적, 광학적으로 불안정한 문제점들이 지적되고 있다. 이러한 문제점들을 해결하기 위해 최근 적외선 및 가시광선 영역에서 높은 투과도 및 전기 전도성과 수소플라즈마에 대한 화학적 안정성을 갖는 ZnO를 기반으로 3족 원소를 첨가한 새로운 투명 전도막에 대한 연구가 활발하다. 본 연구에서는 RF-Magnetron Sputtering법을 이용하여 $Ga_2O_3$ 혼합비에 따라 제작된 ZnO(GZO) 박막들의 전기적, 광학적, 구조적인 특성들을 분석하였다. 측정결과, $Ga_2O_3$의 첨가량이 7 wt.%인 GZO 박막이 가시광선영역에서 80%이상의 높은 투과율과 $50.5\;\Omega/\Box$의 가장 낮은 면저항을 나타내었다. 이는 Ga원소가 다른 3족 원소와 격자결합을 비교할 때, 이온의 크기가 Zn원소와 비슷하여 최적화된 혼합율을 가지는 경우 격자결합을 최소화시켜 캐리어 밀도의 증가로 인해 높은 전도성을 가지며, 고온에서도 전기적 특성 및 내구성이 향상되기 때문이다. 또한 기판온도에 따른 열처리 특성으로서 기판의 온도를 $100^{\circ}{\sim}400^{\circ}C$까지 변화를 주어 실험하였다. X-선 회절패턴 분석결과 기판온도가 증가함에 따라 ZnO (002) 방향이 감소하는 반면 ZnO(103) 방향이 증가하였으며, 기판온도가 $300^{\circ}C$ 일 때 $17.1\;\Omega/\Box$의로 가장 낮은 면저항이 나타났다. 이는 SEM 이미지를 분석한 결과, 실온에서 제작된 박막과 비교해 300 에서 증착된 GZO 박막이 결정립의 크기가 크고 밀도도 조밀해져 전하의 이동도가 향상되었기 때문이다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제49권2호
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• pp.15-22
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• 2012

본 논문에서 공핍 모드 n-채널 InGaZnO 박막트랜지스터를 이용하여 소비전력이 낮은 스캔 구동 회로를 제안한다. 제안된 스캔 구동 회로는 단 2개의 클록 신호만을 사용하고 추가적인 마스킹 신호나 회로가 필요 없이 이웃하는 스캔 출력 간에 겹쳐짐이 없는 스캔 출력 신호를 만들어 낸다. 클록 신호를 줄임과 동시에 단락 전류를 줄임으로써 소비전력을 줄일 수 있었다. 모의 실험 결과 트랜지스터 문턱전압의 편차 범위가 -3.0 ~ 1.0V일 때에도 스캔 출력 신호가 정상적으로 출력됨을 확인하였다. XGA의 해상도를 갖는 디스플레이를 대상으로 양과 음의 전원 전압이 각각 15V, -5V이고 동작 주파수가 46KHz일 때, 스캔구동 회로의 소비전력이 4.89mW이다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.211.1-211.1
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• 2015

최근 용액 공정을 이용한 산화물 반도체에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 넓은 밴드갭을 가지고 있는 산화물 반도체는 높은 투과율을 가지고 있어 투명 디스플레이에 적용이 가능하다. 기존의 박막 진공증착 방법은 진공상태를 유지하기 위한 장비의 가격이 비싸며, 대면적의 어려움, 높은 생산단가 등으로 생산율이 높지 않다. 하지만 용액 공정을 이용하면 대기압에서 증착이 가능하고 대면적화가 가능하다. 그리고 각각의 조성비를 조절하는 것이 가능하다. 이러한 장점에도 불구하고, 소자의 신뢰성이나 저온공정은 중요한 이슈이다. Instability는 threshold voltage (Vth)의 shift 및 on/off switching의 신뢰성과 관련된 parameter이다. 용액은 소자의 전기적 특성을 열화 시키는 수분 과 탄소계열의 불순물을 다량 포함 하고 있어 고품질의 박막을 형성하기 위해서는 고온의 열처리가 필요하다. 기존의 열처리는 고온에서 장시간 이루어지기 때문에 유리나 플라스틱, 종이 기판의 소자에서는 불가능하지만 $100^{\circ}C$ 이하의 저온 공정인 microwave를 이용하면 유리, 플라스틱, 종이 기판에서도 적용이 가능하다. 본 연구에서는 산화물 반도체 중에서 InGaZnO (IGZO)를 용액 공정으로 제작한 juctionless thin-film transistor를 제작하여 기존의 열처리를 이용하여 처리한 소자와 microwave를 이용해서 열처리한 소자의 전기적 특성을 한 달 동안 관찰 하였다. 또한 In:Zn의 비율을 고정한 후 Ga의 비율을 달리하여 특성을 비교하였다. 먼저 p-type bulk silicon 위에 SiO2 산화막이 100 nm 증착된 기판에 RCA 클리닝을 진행 하였고, solution InGaZnO 용액을 spin coating 방식으로 증착하였다. Coating 후에, solvent와 수분을 제거하기 위해서 $180^{\circ}C$에서 10분 동안 baking공정을 하였다. 이후 furnace열처리와 microwave열처리를 비교하기 위해 post-deposition-annealing (PDA)으로 furnace N2 분위기에서 $600^{\circ}C$에서 30분, microwave를 1800 W로 2분 동안 각각의 샘플에 진행하였다. 또한, HP 4156B semiconductor parameter analyzer를 이용하여 제작된 TFT의 transfer curve를 측정하였다. 그 결과, microwave 열처리한 소자의 경우 기존의 furnace 열처리 소자와 비교하여 높은 mobility, 낮은 hysteresis 값을 나타내었으며, 1달간 소자의 특성을 관찰하였을 때 microwave 열처리한 소자의 경우 전기적 특성이 거의 변하지 않는 것을 확인하였다. 따라서 향후 용액공정, 저온공정을 요구하는 소자 공정에 있어 열처리방법으로 microwave를 이용한 활용이 기대된다.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제21권6호
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• pp.499-502
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• 2008

In this work, Ga-doped ZnO (GZO) thin films for gas sensor application were deposited on low temperature co-fired ceramics (LTCC) substrates, by RF magnetron sputtering method. The LTCC substrate is one of promising materials for this application since it has many advantages (e.g., low cost production, high manufacturing yields and easy realizing 3D structure etc.). The LTCC substrates with thickness of $400\;{\mu}m$ were fabricated by laminating 12 green tapes which consist of alumina and glass particle in an organic binder. The structural properties of the fabricated GZO thin film with thickness of 50 nm is analyzed by X-ray diffraction method (XRD) and field emission scanning electron microscope (FESEM). The film shows good adhesion to the substrate. The GZO gas sensors are tested by gas measurement system and show fast response and recovery characteristics to $NO_x$ gas that is 27.2 and 27.9 sec, recpectively.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제20권12호
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• pp.1044-1048
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• 2007

With development of electronic products the demands for miniaturization and weight-lightening have increased until a recent date. Accordingly, The effort to substitute glass substrates was widely made. However, polymer substrates have weak point that substrates were damaged at high temperature. In this paper, we deposited transparent conductive film at low temperature. And we inserted Au thin film between oxide to compensate for deteriorated electrical characteristics. Ga-doped ZnO(GZO) multilayer coatings were deposited on glass substrate by DC sputtering. The optimization of deposition conditions of both AZO and Au layers were performed to obtain better electrical and optical characteristics in advance. We presumed that the properties of multilayer were affected by the deposition process of both GZO and Au layers. The best multilayer coating exhibited the resistivity of $2.72{\times}10^{-3}\;{\Omega}-cm$ and transmittance of 77 %. From these results, we can confirm a possibility of the application as transparent conductive electrodes.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2018년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.55-55
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• 2018

Recently, amorphous oxides such as InGaZnO (IGZO) and InZnO (IZO) as a channel layer of an oxide TFT have been attracted by advantages such as high mobility, good uniformity, and high transparency. In order to apply such an amorphous oxide TFTs to a display, the stability in various environments must be ensured. In the InGaZnO which has been studied in the past, Ga elements act as a suppressor of oxygen vacancy and result in a decreased mobility at the same time. Previous studies have been showed that the InZnO, which does not contain Ga, can achieve high mobility, but has relatively poor stability under various instability environments. In this study, the TFTs using $IZO/Al_2O_3$ double layer structure were studied. The introduction of an $Al_2O_3$ interlayer between source/drain and channel causes superior electrical characteristics and electrical stability as well as reduced contact resistance with optimally perfect ohmic contact. For the IZO and $Al_2O_3$ bilayer structures, the IZO 30nm IZO channels were prepared at $Ar:O_2=30:1$ by sputtering and the $Al_2O_3$ interlayer were depostied with various thickness by ALD at $150^{\circ}C$. The optimal sample exhibits considerably good TFT performance with $V_{th}$ of -3.3V and field effect mobility of $19.25cm^2/Vs$, and reduced $V_{th}$ shift under positive bias stress stability, compared to conventional IZO TFT. The enhanced TFT performances are closely related to the nice ohmic contact properties coming from the defect passivation of the IZO surface inducing charge traps, and we will provide the detail mechanism and model via electrical analysis and transmission line method.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제27권4호
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• pp.203-208
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• 2014

In this study, Sputtering method was used to grow Al-dopes ZnO films on a CIGS absorber layer, in order to examine the effect of TCO on properties of CIGS solar cell devices. Structural, electrical and optical properties were investigated by varied thickness of Al-dopes ZnO films. Also, relation to the application as a window layer in CIGS thin film solar cell were studied. It was found that the electrical and structural properties of ZnO:Al film improved with increasing its thickness. However, the optical properties degraded. Jsc of the fabricated CIGS based solar cells was significantly influenced by the variation of the ZnO:Al window layer thickness. Because ZnO:Al window layer is one of the Rs factors in CIGS solar cell. Rs has the biggest influence on efficiency characteristic. In order to obtain high efficiency of CIGS solar cell, ZnO:Al window layer should be fabricated with electrically and optically optimized.