• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.53 no.1
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• pp.110-115
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• 2016

We prepared a working electrode (WE) coated with 0 ~ 50 nm-thick indium gallium zinc oxide(IGZO) by using RF sputtering to improve the energy conversion efficiency (ECE) of a dye sensitized solar cell (DSSC). Transmission electron microscope (TEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS) were used to analyze the microstructure and composition of the IGZO layer. UV-VIS-NIR spectroscopy was used to determine the transparency of the WE with IGZO layers. A solar simulator and a potentiostat were used to confirm the photovoltaic properties of the DSSC with IGZO layer. From the results of the microstructural analysis, we were able to confirm the successful deposition of an amorphous IGZO layer with the expected thickness and composition. From the UV-VIS-NIR analysis, we were able to verify that the transparency decreased when the thickness of IGZO increased, while the transparency was over 90% for all thicknesses. The photovoltaic results show that the ECE became 4.30% with the IGZO layer compared to 3.93% without the IGZO layer. As the results show that electron mobility increased when an IGZO layer was coated on the $TiO_2$ layer, it is confirmed that the ECE of a DSSC can be enhanced by employing an appropriate thickness of IGZO on the $TiO_2$ layer.

• 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.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.227-227
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• 2012

본 연구에서는 RF스퍼터링법에 의하여 glass substrate에 In-Zn-Sn-O (IZTO)를 Zn 성분에 변화를 주면서 $350{\AA}$ 만큼 증착시키고, 1시간 동안 $350^{\circ}C$로 열처리 하였다. In:Zn:Sn의 성분 비율은 20:48:32 (IZTO1), 13:60:27 (IZTO2)이다. 박막의 전자적, 광학적 특성은 XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy), REELS(Reflection Electron Energy Loss Spectroscopy), UV-Spectrometer를 이용하여 연구하였고, 박막의 전기적 특성은 van der Pauw 법을 이용하여 측정하였다. XPS측정결과, IZTO박막은 In-O, Sn-O and Zn-O의 결합을 가진다. REELS를 이용해 Ep=1,500 eV에서의 밴드갭을 얻어보면, $350^{\circ}C$로 열처리 한 박막은 열처리를 하지 않은 것에 비해 밴드갭이 IZTO1는 3.36 eV에서 3.54 eV로, IZTO2는 3.15 eV에서 3.31 eV로 증가하였다. 반면에 Zn 함량이 증가할수록 밴드갭이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 이 값은 UV-Spectrometer를 이용한 광학적 밴드갭과 일치하였다. 또한 van der Pauw method를 이용한 전기적 특성 분석 결과, 열처리를 하기 전에 비하여 carrier concentration이 IZTO1는 $-4.4822{\times}10^{18}cm^{-3}$에서 $-2.714{\times}10^{19}cm^{-3}$로, IZTO2는 $-3.6931{\times}10^{17}cm^{-3}$에서 $-1.7679{\times}10^{19}cm^{-3}$로 증가하였다. 반면에 Resistivity는 IZTO1의 경우 $1.7122{\times}10^{-1}{\Omega}{\cdot}cm$에서 $5.5496{\times}10^{-3}{\Omega}{\cdot}cm$로, IZTO2는 $1.3290 {\Omega}{\cdot}cm$에서 $1.3395{\times}10^{-2}{\Omega}{\cdot}cm$로 감소하였다. 그리고 UV-Spectrometer를 이용한 광학적 특성을 측정해본 결과, 가시광선영역인 380~780 nm에서의 투과율이 83%이상으로 투명전자소자로의 응용이 가능하다는 것을 보여주었다.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• v.16 no.2
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• pp.198-203
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• 2016

We investigate the effects of magnesium (Mg) suppressor layer on the electrical performances and stabilities of amorphous indium-zinc-tin-oxide (a-ITZO) thin-film transistors (TFTs). Compared to the ITZO TFT without a Mg suppressor layer, the ITZO:Mg TFT exhibits slightly smaller field-effect mobility and much reduced subthreshold slope. The ITZO:Mg TFT shows improved electrical stabilities compared to the ITZO TFT under both positive-bias and negative-bias-illumination stresses. From the X-ray photoelectron spectroscopy O1s spectra with fitted curves for ITZO and ITZO:Mg films, we observe that Mg doping contributes to an enhancement of the oxygen bond without oxygen vacancy and a reduction of the oxygen bonds with oxygen vacancies. This result shows that the Mg can be an effective suppressor in a-ITZO TFTs.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• v.17 no.2
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• pp.239-244
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• 2017

We experimentally investigate the physical mechanism for asymmetrical degradation in amorphous indium-gallium-zinc oxide (a-IGZO) thin-film transistors (TFTs) under simultaneous gate and drain bias stresses. The transfer curves exhibit an asymmetrical negative shift after the application of gate-to-source ($V_{GS}$) and drain-to-source ($V_{DS}$) bias stresses of ($V_{GS}=24V$, $V_{DS}=15.9V$) and ($V_{GS}=22V$, $V_{DS}=20V$), but the asymmetrical degradation is more significant after the bias stress ($V_{GS}$, $V_{DS}$) of (22 V, 20 V) nevertheless the vertical electric field at the source is higher under the bias stress ($V_{GS}$, $V_{DS}$) of (24 V, 15.9 V) than (22 V, 20 V). By using the modified external load resistance method, we extract the source contact resistance ($R_S$) and the voltage drop at $R_S$ ($V_{S,\;drop}$) in the fabricated a-IGZO TFT under both bias stresses. A significantly higher RS and $V_{S,\;drop}$ are extracted under the bias stress ($V_{GS}$, $V_{DS}$) of (22 V, 20V) than (24 V, 15.9 V), which implies that the high horizontal electric field across the source contact due to the large voltage drop at the reverse biased Schottky junction is the dominant physical mechanism causing the asymmetrical degradation of a-IGZO TFTs under simultaneous gate and drain bias stresses.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.306.1-306.1
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• 2016

ZnO semiconductor material has been widely utilized in various applications in semiconductor device technology owing to its unique electrical and optical features. It is a promising as solar cell material, because of its low cost, n-type conductivity and wide direct band gap. In this work ZnO/Si heterojunctions were fabricated by using pulsed laser deposition. Vacuum chamber was evacuated to a base pressure of approximately $2{\times}10^{-6}Torr$. ZnO thin films were grown on p-Si (100) substrate at oxygen partial pressure from 5mTorr to 40mTorr. Growth temperature of ZnO thin films was set to 773K. A pulsed (10 Hz) Nd:YAG laser operating at a wavelength of 266 nm was used to produce a plasma plume from an ablated a ZnO target, whose density of laser energy was $10J/cm^2$. Thickness of all the thin films of ZnO was about 300nm. The optical property was characterized by photoluminescence and crystallinity of ZnO was analyzed by X-ray diffraction. For fabrication ZnO/Si heterojunction diodes, indium metal and Al grid patterns were deposited on back and front side of the solar cells by using thermal evaporator, respectively. Finally, current-voltage characteristics of the ZnO/Si structure were studied by using Keithly 2600. Under Air Mass 1.5 Global solar simulator with an irradiation intensity of $100mW/cm^2$, the electrical properties of ZnO/Si heterojunction photovoltaic devices were analyzed.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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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.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.324-326
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• 2016

In this study, we have investigated indium tin zinc oxide (ITZO) as an active channel for non-volatile memory (NVM) devices. The electrical and memory characteristics of NVM devices using multi-stack gate insulator SiO2/SiOx/SiOxNy (OOxOy) with Si-rich SiOx for charge storage layer were also reported. The transmittance of ITZO films reached over 85%. Besides, ITZO-based NVM devices showed good electrical properties such as high field effect mobility of 25.8 cm2/V.s, low threshold voltage of 0.75 V, low subthreshold slope of 0.23 V/dec and high on-off current ratio of $1.25{\times}107$. The transmission Fourier Transform Infrared spectroscopy of SiOx charge storage layer with the richest silicon content showed an assignment at peaks around 2000-2300 cm-1. It indicates that many silicon phases and defect sources exist in the matrix of the SiOx films. In addition, the characteristics of NVM device showed a retention exceeding 97% of threshold voltage shift after 104 s and greater than 94% after 10 years with low operating voltage of +11 V at only 1 ms programming duration time. Therefore, the NVM fabricated by high transparent ITZO active layer and OOxOy memory stack has been applied for the flexible memory system.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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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.

• Journal of IKEEE
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• v.21 no.2
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• pp.170-173
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• 2017

In this study, we fabricate amorphous indium gallium zinc oxide (a-IGZO) thin-film transistors (TFTs) with three different gate electrode materials of Al, Mo and Pt on plastic substrates and investigate their electrical characteristics. Compared to an a-IGZO TFT with Al gate electrode, the threshold voltage of an a-IGZO TFT with a Pt electrode decreases from -4.2 to -0.3 V. and the filed-effect mobility is improved from 15.8 to $22.1cm^2/V{\cdot}s$. The threshold voltage shift of the TFT is affected by the difference between the work function of the gate electrode and the Fermi energy of the channel layer. Moreover, the Pt gate electrode is considered to be the suitable material in terms of the electrical characteristics of the TFT. In addition, an description on an a-IGZO TFT with a Mo electrode will be given here.