• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.256-256
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• 2016

기존의 디스플레이 기슬은 마스크를 통해 특정 부분에만 유기재료를 증착시키는 방법을 사용하였으나, 기판의 크기가 커짐에 따라 공정조건에 제약이 발생하였다. 이를 해결하기 위해 최근 용액 공정에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 용액 공정은 기존 진공 증착 방식과 비교하였을 때 상온, 대기압에서 증착이 가능하며 경제적이고, 대면적 균일 증착에 유리하다는 장점이 있다. 반면, 용액 공정으로 제작한 소자는 시간이 지남에 따라 점차 전기적 특성이 변하는 aging effect를 보인다. Aging effect는 용액에 포함된 C기와 OH기 기반의 불순물의 영향으로 시간의 경과에 따라서 문턱전압, subthreshold swing 및 mobility 등의 전기적 특성이 변하는 현상으로 고품질의 박막을 형성하기 위해서는 고온의 열처리가 필요하다. 지금까지 고품질 박막 형성을 위한 열처리는 퍼니스 (furnace) 장비에서 주로 이루어졌는데, 시간이 오래 걸리고, 상대적으로 고온 공정이기 때문에 유리, 종이, 플라스틱과 같은 다양한 기판에 적용하기 어렵다는 단점이 있다. 따라서, 본 연구에서는 $100^{\circ}C$ 이하의 저온에서도 열처리가 가능한 microwave irradiation (MWI) 방법을 이용하여 solution-processed InGaZnO TFT를 제작하였고, 기존의 열처리 방식인 furnace로 열처리한 TFT 소자와 aging effect를 비교하였다. 먼저, solution-processed IGZO TFT를 제작하기 위해 p type Si 기판을 열산화시켜서 100 nm의 SiO2 게이트 산화막을 성장시켰고, 스핀코팅 방법으로 a-IGZO 채널층을 형성하였다. 증착후 열처리를 위하여 1000 W의 마이크로웨이브 출력으로 15분간 MWI를 실시하여 a-IGZO TFT를 제작하였고, 비교를 위하여 furnace N2 gas 분위기에서 $600^{\circ}C$로 30분간 열처리한 TFT를 준비하였다. 제작된 직후의 TFT 특성을 평가한 결과, MWI 열처리한 소자가 퍼니스 열처리한 소자보다 높은 이동도, 낮은 subthreshold swing (SS)과 히스테리시스 전압을 가지는 것을 확인하였다. 한편, aging effect를 평가하기 위하여 제작 후에 30일 동안의 특성변화를 측정한 결과, MWI 열처리 소자는 30일 동안 문턱치 전압(VTH)의 변화량 ${\Delta}VTH=3.18[V]$ 변화되었지만, furnace 열처리 소자는 ${\Delta}VTH=8.56[V]$로 큰 변화가 있었다. 다음으로 SS의 변화량은 MWI 열처리 소자가 ${\Delta}SS=106.85[mV/dec]$인 반면에 퍼니스 열처리 소자는 ${\Delta}SS=299.2[mV/dec]$이었다. 그리고 전하 트래핑에 의해서 발생하는 게이트 히스테리시스 전압의 변화량은 MWI 열처리 소자에서 ${\Delta}V=0.5[V]$이었지만, 퍼니스 열처리 소자에서 ${\Delta}V=5.8[V]$의 큰 수치를 보였다. 결과적으로 MWI 열처리 방식이 퍼니스 열처리 방식보다 소자의 성능이 우수할 뿐만 아니라 aging effect가 개선된 것을 확인할 수 있었고 차세대 디스플레이 공정에 있어서 전기적, 화학적 특성을 개선하는데 기여할 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.338.2-338.2
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• 2014

투명반도체산화물은 우수한 광학적, 전기적 특성을 가지고 있기 때문에 차세대 박막트랜지스터의 채널층으로 각광을 받고 있다. 특히, 그 중에서도 a-IGZO를 이용한 TFT는 높은 가시광선 투과율(>80%)과 큰 전하이동도(>10 cm2/Vs) 를 갖는 등 좋은 광학적, 전기적 특성을 갖기 때문에 많은 연구가 이루어졌다. 여러 연구들에 의하면, a-IGZO TFT는 소스/드레인의 전극으로 어떤 물질을 사용하는지에 따라서 동작특성에 큰 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 일반적으로, a-IGZO 박막은 n형 반도체로써 일함수가 작은 금속과는 ohmic contact를 형성하고, 일함수가 큰 금속과는 Schottky barrier를 형성한다고 알려져 있다. 이와 관련된 대부분의 이전의 연구들에서는 각각의 전극물질에 따라 전기적인 특성변화에 초점을 맞춰서 연구하였다. 본 연구에서는 일함수가 작은 Ag와 일함수가 큰 Au를 a-IGZO의 박막 위에 얇게 증착하면서 이에 따른 고분해능 광전자분광(high-resolution x-ray photoelectron spectroscopy) 정보의 변화를 분석함으로써, 금속의 증착에 따른 금속층과 a-IGZO 표면 및 계면에서의 화학적 상태의 변화를 연구하였다. Au 4f, Ag 3d는 metallic property를 나타내기 이전까지는 lower binding energy(BE) 쪽으로 shift하였으며, In 3d 또한 lower BE 성분이 크게 증가하였다. O 1s, Ga 3d, Zn 3d들은 상대적으로 적은 변화를 나타내었는데, 이는 Ag, Au가 In과 상대적으로 더 많이 상호작용한다는 것을 의미한다. 본 발표에서는 이들 core level의 정보들과, 가전자대의 분광정보, 그리고 band bending의 정보가 제시될 것이며, 이 정보들은 metal 증착에 따른 contact 특성을 이해하는데 기여할 것으로 기대한다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2012.05a
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• pp.112.1-112.1
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• 2012

산화물 기반의 TFT (Thin Film Transistor) 는 유리, 금속, 플라스틱 등 기판 종류에 상관없이 균일한 제작이 가능하며, 상온 및 저온에서 대면적으로 제작이 가능하고, 저렴한 비용으로 제작 가능하다는 장점 때문에 최근 많은 연구가 이루어지고 있다. 현재 TFT 물질로 많이 연구되고 있는 산화물 중 가장 많은 연구가 이루어진 ZnO 기반의 TFT는mobility와 switching 속도에서 우수한 특성을 보이나, 트렌지스터의 안정성이 떨어지는 것으로 보고되고 있다. 그러나 a-IGZO의 경우 결정학적으로 비정질이며, 상온 및 저온에서 대면적으로 제작이 가능하고, 높은 전자 이동도의 특성을 가지고 있는 장점 때문에 최근 차세대 산화물 트렌지스터로 각광받고 있다. IGZO 물질의 경우 s 오비탈의 중첩으로 인해 높은 전자 이동도의 특성을 가지며, IGZO 물질 내 전자의 이동은 IGZO의 조성과 구조적 특성에 영향을 받는다. IGZO 물질의 구성 성분은 $In_2O_3$, $Ga_2O_3$, ZnO 성분으로 이루어져 있으며, $In_2O_3$의 경우 주로 carrier 를 생성하고 IGZO TFT의 mobility를 향상시키는 물질로 알려져 있다. 본 연구에서는 $In_2O_3$ nanoparticle의 density를 조절하여 첨가함으로써 IGZO TFT 소자 특성에 미치는 평가를 진행하였다. $In_2O_3$ nanoparticle의 density변화에 따른 interparticle spacing과 IGZO계면 사이의 미세구조와 전기적인 특성간의 상관관계를 연구하기 위하여 IGZO TFT 특성은 HP 4145B 측정을 통하여 확인하였고, $In_2O_3$ nanoparticle의 분포와 결정성은 AFM과 XRD, TEM을 통해 분석하고 In2O3 nanoparticle의 유무에 따른 IGZO channel 층의 조성 변화를 STEM과 AES를 통해 비교 및 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.89-89
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• 2011

a-GIZO(비정질 Ga-In-Zn-O)박막은 유연하며 광학적으로 투명하고 높은 전자의 이동도를 갖는 반도체적 특성을 갖기 때문에 차세대 display분야에서 TFT(Thin-Film-Transistor)의 high speed active-matrix layer로써 각광을 받고 있다. 이 물질의 표면은 환경 및 표면처리에 매우 민감하며 [1,2], 이 표면에 metal이 증착되는 경우에도, 선행 연구에 의하면, 다양한 chemical state가 나타남을 알 수 있었다. 이것은 metal의 증착에 따라 metal과 a-GIZO 사이의 contact 저항이 달라짐을 의미한다. 우리는 a-GIZO 박막 위에 Au를 단계적으로 증착시키면서, Au coverage 증가에 따른 core-level과 valence에서의 x-ray photoelectron spectra의 변화를 살펴봄으로써 a-GIZO박막과 Au의 계면에서 일어나는 chemical state의 변화를 알 수 있었다. 특히, Au deposition의 전 처리과정으로써 Ne ion sputtering을 두 단계로 다르게 하여 a-GIZO의 표면환경에 따른 Au 증착의 영향을 살펴보았다.

• ETRI Journal
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• v.31 no.6
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• pp.660-666
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• 2009

We investigate the effects of interfacial dielectric layers (IDLs) on the electrical properties of top-gate In-Ga-Zn-oxide (IGZO) thin film transistors (TFTs) fabricated at low temperatures below $200^{\circ}C$, using a target composition of In:Ga:Zn = 2:1:2 (atomic ratio). Using four types of TFT structures combined with such dielectric materials as $Si_3N_4$ and $Al_2O_3$, the electrical properties are analyzed. After post-annealing at $200^{\circ}C$ for 1 hour in an $O_2$ ambient, the sub-threshold swing is improved in all TFT types, which indicates a reduction of the interfacial trap sites. During negative-bias stress tests on TFTs with a $Si_3N_4$ IDL, the degradation sources are closely related to unstable bond states, such as Si-based broken bonds and hydrogen-based bonds. From constant-current stress tests of $I_d$ = 3 ${\mu}A$, an IGZO-TFT with heat-treated $Si_3N_4$ IDL shows a good stability performance, which is attributed to the compensation effect of the original charge-injection and electron-trapping behavior.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.364-364
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• 2012

평판 디스플레이 분야에 투명 비정질 산화물 반도체는 박막 트렌지스터(Thin film transistor; TFT)소자의 채널층으로 사용할 수 있다. 투명 비정질 산화물 반도체 IGZO (In-Ga-Zn-O)는 다른 비정질 재료에 비해 높은 전하 이동도를 가지기 때문에 우수한 성능의 TFT소자를 제작할 수 있다. 본 연구에서는 RF magnetron sputtering법으로 corning 1737 유리기판 위에 RF 파워의 변화에 따라 증착한 IGZO박막의 광학적 전기적 특성 변화를 연구하였다. 박막 증착 조건은 초기 압력 $2.0{\times}10^{-6}Torr$, 증착 압력 $2.0{\times}10^{-2}Torr$, 반응가스 Ar 25 sccm, 증착 온도는 실온으로 고정하였으며, 공정변수로 RF 파워를 25 w, 50 w, 75 w, 100 w로 변화시키며, IGZO 타겟은 $In_2O_3$, $Ga_2O_3$, ZnO 분말을 각각 1 : 1 : 2mol% 조성비로 혼합하여 소결한 타겟을 사용하였다. 표면분석(AFM)결과 RF 파워가 증가함에 따라 거칠기가 증가하였으며, XRD 분석결과 Bragg's 법칙을 만족하는 피크가 나타나지 않는 비정질 구조임을 확인할 수 있었다. 가시광 영역에서 (450~700 nm) 25 w일 때 85% 이상을 확인하였고, RF 파워가 증가할수록 밴드갭이 감소하는 것을 확인하였다. RF 파워가 100 w인 경우 carrier 밀도는 $7.7{\times}10^{19}cm^{-3}$, Mobility $8.42cm^2V-s$, Resistivity $9.45{\times}10^{-3}{\Omega}-cm$로 투명 전도막의 특성을 보였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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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.

• Journal of Information Display
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• v.11 no.3
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• pp.113-118
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• 2010

The effect of hydrogen in the alumina gate insulator on the bottom gate oxide thin film transistor (TFT) with an InGaZnO film as the active layer was investigated. TFT with more H-containing alumina films (TFT A) fabricated via atomic layer deposition using a water precursor showed higher stability under positive and negative bias stresses than that with less H-containing alumina deposited using ozone (TFT B). While TFT A was affected by the pre-vacuum annealing of GI, which resulted in $V_{th}$ instability under NBS, TFT B did not show a difference after the pre-vacuum annealing of GI. All the TFTs showed negative-bias-enhanced photo instability.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.267.1-267.1
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• 2016

본 연구에서는 nematic 액정의 종류 중 하나인 5CB (4-Cyano-4'-pentylbiphenyl) 물질을 박막 트랜지스터 (TFT)의 passivation 층으로 사용했을 때 그 전기적 특성향상을 확인하였다. RF-magnetron sputtering법으로 증착된 비정질 InGaZnO 박막을 활성층으로 사용한 TFT를 제작하여 그 활성층 위에 drop형식으로 passivation 하였다. 그 결과, drain current (I_DS)가 약 10배 정도 증가하고, linear region(V_D=0.5V)에서 mobility와 subthreshold slope(SS)이 각각 6.7에서 12.2, 0.3에서 0.2로 향상되는 것이 보였다. 이것은 gate bias가 인가되었을 때 freedericksz 전이를 통한 액정의 배향과 이때 형성된 dipole 형성에 의한 것으로 보이며, 이러한 LC의 배향은 편광현미경을 통하여 표면과 수직으로 배향한다는 사실을 확인 할 수 있었고 이 LC-passivation된 a-IGZO TFT의 전기적 특성의 향상에 대한 mechanism을 제시하였다. 그리고 배향한 LC가 가지는 dipole에 의해 bias stress 상황에서 독특한 electron trapping과 recovery의 증폭효과가 나타났다. V_G=+20V의 positive gate bias stress를 1000s동안 가했을 때, passivation되지 않은 a-IGZO TFT의 경우 +4V의 threshold voltage shift(${\Delta}V$_TH)가 발생되었고, 바로 -20V의 negative gate bias를 30s간 가해주었을 때 -2.5V의 ${\Delta}V$_TH가 발생하였다. 반면 LC-passivation된 a-IGZO TFT의 경우 각각 +5V와 -4V의 ${\Delta}V$_TH로 더 큰 변화를 가져왔다. 이러한 LC에 의한 electron trapping/recovery 증폭효과에 대한 model을 제시하였다.

• Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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• v.49 no.2
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• pp.15-22
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• 2012

A low power consumption scan driver using depletion-mode n-type InGaZnO thin-film transistors is proposed. The proposed circuit uses 2 clock signals and generates the non-overlap output signals without the additional masking signals and circuits. The power consumption of the proposed circuit is decreased by reducing the number of the clock signals and short circuit current. The simulation results show that the proposed circuit operates successfully when the threshold voltage of TFT is varied from -3.0V to 1.0V. The proposed scan driver consumes 4.89mW when the positive and negative supply voltage is 15V and -5V, respectively, and the operating frequency is 46KHz on the XGA resolution panel.