• 전자공학회논문지
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• 제50권7호
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• pp.115-121
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• 2013

본 연구에서는 TiInZnO(TiIZO)를 채널층으로 하는 thin film transistors(TFTs)를 제작하였다. TiIZO 층은 InZnO(IZO)와 Ti target을 이용하여 RF-magnetron co-sputtering system 방식으로 상온에서 증착하였으며, 어떠한 열처리도 하지 않았다. Ti의 첨가가 어떠한 영항을 주는지 연구하기 위해 X-ray diffraction(XRD), X-ray photoelectron spectroscopy(XPS) 분석을 시행하였으며, 전기적인 특성을 측정하였다. Ti의 첨가는 Ti target의 rf power 변화에 따라 달리하였다. Ti의 첨가가 전류점멸비에 큰 영향을 주는 것을 확인하였고, 이것은 Ti의 산화력이 In과 Zn보다 뛰어나 산소결함자리의 형성을 억제하기 때문이다. Ti의 rf power가 40W일 때 가장 좋은 특성을 나타냈으며, 전류점멸비, 전자이동도, 문턱전압, subthreshold swing이 각각 $10^5$, 2.09 [$cm^2/V{\cdot}s$]. 2.2 [V], 0.492 [V/dec.]로 측정되었다.

• 센서학회지
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• 제33권1호
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• pp.56-61
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• 2024

The quality of the display can be managed by effectively managing the temperature generated by the panel during use. Conventional display panels rely on an external reference resistor for temperature monitoring. However, this approach is easily affected by external factors such as temperature variations from the driving circuit and chips. These variations reduce reliability, causing complicated mounting owing to the external chip, and cannot monitor the individual pixel temperatures. However, this issue can be simply and efficiently addressed by integrating temperature sensors during the display panel manufacturing process. In this study, we fabricated and analyzed a temperature sensor integrated into an a-IGZO (amorphous indium-gallium-zinc-oxide) TFT array that was to precisely monitor temperature and prevent the deterioration of OLED display pixels. The temperature sensor was positioned on top of the oxide TFT. Simultaneously, it worked as a light shield layer, contributing to the reliability of the oxide. The characteristics of the array with integrated temperature sensors were measured and analyzed while adjusting the temperature in real-time. By integrating a temperature sensor into the TFT array, monitoring the temperature of the display became easier and more accurate. This study could contribute to managing the lifetime of the display.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.252-252
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• 2011

최근 주목받고 있는 amorphous gallium-indium-zinc-oxide (a-GIZO) thin film transistors (TFTs)는 수소가 첨가된 비정질 실리콘 TFT에 비해 높은 이동도와 뛰어난 전기적, 광학적 특성에 의해 큰 주목을 받고 있다. 또한 넓은 밴드갭을 가지므로 가시광 영역에서 투명한 특성을 보이고, 플라스틱 기판 위에서 구부러지는 성질에 의해 플랫 패널 디스플레이나 능동 유기 발광소자 (AM-OLED), 투명 디스플레이에 응용되고 있다. 뿐만 아니라, 일반적인 Poly-Si TFT는 자체적으로 가지는 결정성에 의해 대면적화 시 균일성이 좋지 못하지만 GIZO는 비정질상 이기 때문에 백플레인의 대면적화에 유리하다는 장점이 있다. 이러한 TFT를 제작하기 전, 전기적 특성에 대한 정보를 얻거나 예측하는 것이 중요한데, 이에 따라 고안된 구조가 바로 metal point contact FET (pseudo FET)이다. pseudo FET은 소스/드레인 전극을 따로 증착할 필요 없이 채널을 증착한 후, 프로브 탐침을 채널의 표면에 적당한 압력으로 접촉시켜 전하를 공급하는 소스와 드레인처럼 동작시킬 수 있다. 따라서 소스/드레인을 증착하거나 lithography와 같은 추가적인 공정을 요구하지 않아 소자의 특성을 보다 간단하고 수월하게 분석할 수 있다는 장점이 있다. 본 연구에서는 p-type 기판위에 100nm의 oxidation SiO2를 게이트 절연막으로 사용하는 a-GIZO pseudo FET를 제작하였다. 소자 제작 후, 열처리 온도에 따른 전기적 특성을 분석하였고, 열처리 조건은 30분간 N2 분위기에서 실시하였다. 열처리 후 전기적 특성 분성 결과, 450oC에서 가장 낮은 subthreshold swing 값과 게이트 전압의 더블 스윕 후 문턱 전압의 변화가 거의 없음을 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.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.400-400
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• 2012

산화물 반도체는 넓은 에너지갭을 가지고 높은 이동성과 높은 투명성을 가지기 때문에 초고 속 박막 트랜지스터(Thin film transistor; TFT)에 많이 응용되고 있다. 그러나 ZnO 및 $In_2O_3$ 산화물 반도체를 박막트랜지스터에 사용할 경우 소자가 불안정하여 전기적 성질이 저하되고 문턱전압의 이동이 일어난다. TFT에 사용되는 산화물 반도체로는 GaInZnO, ZrInZnO, HfInZnO 및 GaSnZnO의 전기적 특성에 관한 연구가 많이 되었다. 그러나 titanium-indium-zinc-oxide (TIZO) TFT에 대한 연구는 비교적 적게 수행 되었다. 본 연구에서는 TFTs의 안정성을 향상하기 위하여 TFT의 채널로 사용되는 TiInZnO를 형성하는데 간단한 제조 공정과 낮은 비용의 용액 증착방법을 사용하였다. 졸-겔 전해액은 Titanium (IV) isopropoxide $[Ti(OCH(CH_3)_2)_4]$, 0.1 M Zinc acetate dihydrate $[Zn(CH_3COO)_2{\cdot}2H_2O]$ 그리고 indium nitrate hydrate $[In(NO_3)_3{\cdot}xH_2O]$을 2-methoxyethanol의 용액에 합성하였다. $70^{\circ}C$에서 한 시간 동안 혼합 하였다. Ti의 몰 비율은 10%, 20% 및 40% 로 각각 달리하여 제작하였다. $SiO_2$층 위에 2,500 rpm 속도로 25초 동안 스핀 코팅하여 TFT를 제작하였다. TIZO 박막에 대한 X-선 광전자 스펙트럼 관측 결과는 Ti 몰 비율이 증가함에 따라 Ti 2p1/2피크의 세기가 증가함을 보여주었다. TiZO 박막에 Ti 원자를 첨가하면 $O^{2-}$ 이온이 감소하기 때문에 전하의 농도가 변화하였다. 전하 농도의 변화는 TiZO 채널을 사용하여 제작한 TFT의 문턱전압을 양 방향으로 이동 하였으며 off-전류를 감소하였다. TiZO 채널을 사용하여 제작한 TFT의 드레인 전류-게이트 전압 특성은 on/off비율이 $0.21{\times}107$ 만큼 크며 이것은 TFT 소자로서 우수한 성능을 보여주고 있다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제35권1호
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• pp.17-22
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• 2011

실험을 통해 구현한 ZnO 기반의 투명 박막트랜지스터의 기계적 특성을 분석하고 안정성에 대한 확보방안을 제시하기 위해 FEM (Finite Element Method)을 이용하여 소자를 구성하는 브릿지 와 패드 부분에 대한 구조해석을 실시하였다. 소자의 유연성 확보를 위해 설계된 브릿지 부분의 웨이브 패턴을 구현한 결과 실험 값 대비 최대 진폭의 크기가 오차 0.5%로 실험값과 유사한 신뢰성 있는 결과 값을 얻어낼 수 있었다. 이러한 결과를 바탕으로 브릿지와 패드 사이에 나타나는 압축 응력을 확인하였으며, 압축 응력 값을 패드에 적용하여 그 변형 정도를 분석하였다. 기계적으로 안정성을 갖는 소자를 설계하기 위해 $SiO_2$ 절연층위의 ITO 전극과 ZnO 활성 층의 위치 및 크기를 예측 하였으며, SU-8 코팅 두께를 조절함으로써 중성 역학 층 (Neutral Mechanical Plane)의 위치와 구조적 타당성에 대하여 분석하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.110-110
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• 2010

현재 박막 트랜지스터는 비정질 실리콘 기반의 개발이 주를 이루고 있으며, 이 비정질 실리콘은 성막공정이 간단하고 대면적에 용이하지만 전기적인 특성이 우수하지 않기 때문에 디스플레이의 적용에 어려움을 겪고 있다. 이에 따라 poly-Si을 이용한 박막 트랜지스터의 연구가 진행되고 있는데, 이는 공정온도가 높고, 대면적에의 응용이 어렵다. 따라서 앞으로 저온 공정이 가능하며 대면적 응용이 용이한 박막 트랜지스터의 연구가 필수적이다. 한편 최근 박막 트랜지스터의 채널층으로 사용되는 물질에는 oxide 기반의 ZnO, SnO2, In2O3 등이 주로 사용되고 있고, 보다 적합한 채널층을 찾기 위한 연구가 많이 진행되어 왔다. 최근 Hosono 연구팀에서 IGZO를 채널층으로 사용하여 high mobility, 우수한 on/off ratio의 특성을 가진 소자 제작에 성공함으로써 이를 시작으로 IGZO의 연구 또한 세계적으로 활발한 연구가 이루어지고 있다. 특히, ZnO는 wide band gap (3.37eV)을 가지고 있어 적외선 및 가시광선의 투과율이 좋고, 전기 전도성과 플라즈마에 대한 내구성이 우수하며, 낮은 온도에서도 성막이 가능하다는 특징을 가지고 있다. 그러나 intrinsic ZnO 박막은 bias stress 같은 외부 환경이 변했을 경우 전기적인 성질의 변화를 가져올 뿐만 아니라 고온에서의 공정이 불안정하다는 요인을 가지고 있다. ZnO의 전기적인 특성을 개선하기 위해 본 연구에서는 hafnium을 doping한 ZnO을 channel layer로 소자를 제작하고 전기적 특성을 평가하였다. 이를 위해 DC magnetron sputtering을 이용하여 ZnO 기반의 박막 트랜지스터를 제작하였다. Staggered bottom gate 구조로 ITO 물질을 전극으로 사용하였으며, 제작된 소자는 semiconductor analyzer를 이용하여 출력특성과 전이 특성을 평가하였으며, ZnO channel layer 증착시 hafnium이 도핑 되는 양을 조절하여 소자를 제작한 후 intrinsic ZnO의 소자 특성과 비교 분석하였다. 그 결과 hafnium을 doping 시킨 소자의 field effect mobility가 $6.42cm^2/Vs$에서 $3.59cm^2/Vs$로 낮아졌지만, subthreshold swing 측면에서는 1.464V/decade에서 0.581V/decade로 intrinsic ZnO 보다 좋은 특성을 나타냄을 알 수 있었다. 그리고 intrinsic ZnO의 경우 외부환경에 대한 안정성 문제가 대두되고 있는데, hafnium을 도핑한 ZnO의 경우 temperature, bias temperature stability, 경시변화 등의 다양한 조건에서의 안정성이 확보된다면 intrinsic ZnO 박막트랜지스터의 문제점을 해결할 수 있는 물질로 될 것이라고 기대된다.

• 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.

• 전기전자학회논문지
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• 제25권3호
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• pp.501-505
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• 2021

본 연구에서는 HfO₂와 Al₂O₃ 비율을 조절하여 게이트 절연막을 구성하고, 게이트 절연막에 따른 a-ITGZO 박막트랜지스터의 전기적 특성을 분석하였다. HfO₂ 게이트 절연막, HfO₂와 Al₂O₃ 비율이 2:1인 게이트 절연막, HfO₂와 Al₂O₃ 비율이 1:1인 게이트 절연막으로 구성된 a-ITGZO 박막트랜지스터의 전자이동도는 각각 32.3, 26.4, 16.8 cm²/Vs이고 SS 값은 각각 206, 160, 173 mV/dec 이며 히스테리시스 윈도우 폭은 각각 0.60, 0.12, 0.09 V 이었다. 게이트 절연막에서 Al₂O₃ 비율이 높아질수록 a-ITGZO 박막트랜지스터의 히스테리시스 윈도우 폭이 감소했는데, 이는 Al₂O₃ 비율이 높아질수록 게이트 절연막과 채널 박막 사이의 interface trap density가 감소했기 때문이다.

• 조명전기설비학회논문지
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• 제24권4호
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• pp.110-115
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• 2010

본 논문에서는 rf 마그네트론 스퍼터링 기술을 이용하여 코닝 글라스 기판 위에 갈륨이 도핑된 산화아연(GZO)을 투명 전도막으로 제작하여 그 전기적 및 광학적 특성을 조사하였다. GZO 박막의 제작은 Zn : 97[wt%], $Ga_2O_3$ : 3[wt%]의 GZO 세라믹 타겟을 이용하였으며, 기판온도 및 산소압력과 같은 증착조건을 변화시키며 증착하였다. 본 연구에서 제작된 GZO 박막중 기판온도 200[$^{\circ}C$], Ar 50[sccm], $O_2$ 5[sccm], rf power 80[W] 및 증착압력 5[mtorr]의 조건에서 제작된 박막에서 가시광 영역에서 90[%] 이상의 높은 가시광 투과율, $2.536{\times}10^{-4}[{\Omega}{\cdot}cm]$의 비저항, $7.746{\times}10^{20}[cm^{-3}]$의 캐리어 농도 및 31.77[$cm^2V{\cdot}S$]의 캐리어 이동도로 가장 좋은 전기적 특성이 관찰되었다.