• Journal of the Korean Society of Radiology
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• v.1 no.1
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• pp.11-16
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• 2007

In this study, we have performed contrast-detail analysis for an amorphous selenium(a-Se) based digital X-ray imaging system by using a contrast-detail phantom(CDRAD 2.0) to test its low contrast performance. The X-ray imaging system utilizes an 500-mm-thick a-Se semiconductor X-ray absorber coated over an amorphous silicon(a-Si) TFT(thin-film transistor) detector matrix with a $139mm{\times}139mm$ pixel size and a $46.7cm{\times}46.7cm$ active area. In the measurement of contrast-detail curves we first acquired X-ray images of the CDRAD 2.0 phantom at given test conditions(i.e., 40, 50, 60, 70, 80 kVp, and 16 mA.s), and then evaluated the contrast-detail characteristics of the imaging system from each phantom image by using an image quality factor called the image-quality-figure-inverse(IQFinv). The IQFinv values for the imaging system gradually improved with the photon fluence, indicating the improvement of image visibility: 24.4, 35.3, 39.2, 41.5, and 43.4 at photon fluences of $1.8{\times}105$, $5.9{\times}105$, $11.3{\times}105$, $19.4{\times}105$, and $29.4{\times}105$ photons/$mm^2$, respectively.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.344-344
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• 2014

Transparent amorphous oxide semiconductors such as a In-Ga-Zn-O (a-IGZO) have advantages for large area electronic devices; e.g., uniform deposition at a large area, optical transparency, a smooth surface, and large electron mobility >10 cm2/Vs, which is more than an order of magnitude larger than that of hydrogen amorphous silicon (a-Si;H).1) Thin film transistors (TFTs) that employ amorphous oxide semiconductors such as ZnO, In-Ga-Zn-O, or Hf-In-Zn-O (HIZO) are currently subject of intensive study owing to their high potential for application in flat panel displays. The device fabrication process involves a series of thin film deposition and photolithographic patterning steps. In order to minimize contamination, the substrates usually undergo a cleaning procedure using deionized water, before and after the growth of thin films by sputtering methods. The devices structure were fabricated top-contact gate TFTs using the a-IGZO films on the plastic substrates. The channel width and length were 80 and 20 um, respectively. The source and drain electrode regions were defined by photolithography and wet etching process. The electrodes consisting of Ti(15 nm)/Al(120 nm)/Ti(15nm) trilayers were deposited by direct current sputtering. The 30 nm thickness active IGZO layer deposited by rf magnetron sputtering at room temperature. The deposition condition is as follows: a rf power 200 W, a pressure of 5 mtorr, 10% of oxygen [O2/(O2+Ar)=0.1], and room temperature. A 9-nm-thick Al2O3 layer was formed as a first, third gate insulator by ALD deposition. A 290-nm-thick SS6908 organic dielectrics formed as second gate insulator by spin-coating. The schematic structure of the IGZO TFT is top gate contact geometry device structure for typical TFTs fabricated in this study. Drain current (IDS) versus drain-source voltage (VDS) output characteristics curve of a IGZO TFTs fabricated using the 3-layer gate insulator on a plastic substrate and log(IDS)-gate voltage (VG) characteristics for typical IGZO TFTs. The TFTs device has a channel width (W) of $80{\mu}m$ and a channel length (L) of $20{\mu}m$. The IDS-VDS curves showed well-defined transistor characteristics with saturation effects at VG>-10 V and VDS>-20 V for the inkjet printing IGZO device. The carrier charge mobility was determined to be 15.18 cm^2 V-1s-1 with FET threshold voltage of -3 V and on/off current ratio 10^9.

• 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.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.208.2-208.2
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• 2015

최근 산화물 반도체에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 비정질 산화물 반도체인 In-Ga-Zn-O(IGZO)는 기존의 비정질 실리콘에 비해 공정 단가가 낮으며 넓은 밴드 갭으로 인한 투명성을 가지고 있고, 저온 공정이 가능하여 다양한 기판에 적용이 가능하다. 반도체의 공정 과정에서 열처리는 소자의 특성 개선을 위해 필요하다. 일반적인 열처리 방법으로 furnace 열처리 방식이 주로 이용된다. 그러나 furnace 열처리는 시간이 오래 걸리며 일반적으로 고온에서 이루어지기 때문에 최근 연구되고 있는 유리나 플라스틱, 종이 기판을 이용한 소자의 경우 기판이 손상을 받는 단점이 있다. 이러한 단점들을 극복하기 위하여 저온 공정인 마이크로웨이브를 이용한 열처리 방식이 제안되었다. 마이크로웨이브 열처리 기술은 소자에 에너지를 직접적으로 전달하기 때문에 기존의 다른 열처리 방식들과 비교하여 에너지 전달 효율이 높다. 또한 짧은 공정 시간으로 공정 단가를 절감하고 대량생산이 가능한 장점을 가지고 있으며, 저온의 열처리로 기판의 손상이 없기 때문에 기판의 종류에 국한되지 않은 공정이 가능할 수 있을 것으로 기대된다. 따라서 본 연구에서는 마이크로웨이브 열처리가 소자의 전기적 특성 개선에 미치는 영향을 확인하였다. 제작된 IGZO 박막 트렌지스터는 p-type bulk silicon 위에 thermal SiO2 산화막이 100 nm 형성된 기판을 사용하였다. RCA 클리닝을 진행한 후 RF sputter를 사용하여 In-Ga-Zn-O (1:1:1) 을 70 nm 증착하였다. 이후에 Photo-lithography 공정을 통하여 active 영역을 형성하였고, 전기적 특성 평가가 용이한 junctionless 트랜지스터 구조로 제작하였다. 후속 열처리 방식으로 마이크로웨이브 열처리를 1000 W에서 2분간 실시하였다. 그리고 기존 열처리 방식과의 비교를 위해 furnace를 이용하여 N2 가스 분위기에서 $600^{\circ}C$의 온도로 30분 동안 열처리를 실시하였다. 그 결과, 마이크로웨이브 열처리를 한 소자의 경우 기존의 furnace 열처리 소자와 비교하여 우수한 전기적 특성을 나타내는 것을 확인하였다. 따라서 마이크로웨이브를 이용한 열처리 공정은 향후 저온 공정을 요구하는 소자 공정에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.210.1-210.1
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• 2015

최근 산화물 반도체에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 비정질 산화물 반도체인 In-Ga-Zn-O (IGZO)는 기존의 비정질 실리콘에 비해 공정 단가가 낮으며 넓은 밴드 갭으로 인한 투명성을 가지고 있고, 저온 공정이 가능하여 다양한 기판에 적용이 가능하다. 반도체의 공정 과정에서 열처리는 소자의 특성 개선을 위해 필요하다. 일반적인 열처리 방법으로 furnace 열처리 방식이 주로 이용된다. 그러나 furnace 열처리는 시간이 오래 걸리며 일반적으로 고온에서 이루어지기 때문에 최근 연구되고 있는 유리나 플라스틱, 종이 기판을 이용한 소자의 경우 기판이 손상을 받는 단점이 있다. 이러한 단점들을 극복하기 위하여 저온 공정인 마이크로웨이브를 이용한 열처리 방식이 제안되었다. 마이크로웨이브 열처리 기술은 소자에 에너지를 직접적으로 전달하기 때문에 기존의 다른 열처리 방식들과 비교하여 에너지 전달 효율이 높다. 또한 짧은 공정 시간으로 공정 단가를 절감하고 대량생산이 가능한 장점을 가지고 있으며, 저온의 열처리로 기판의 손상이 없기 때문에 기판의 종류에 국한되지 않은 공정이 가능할 수 있을 것으로 기대된다. 따라서 본 연구에서는 마이크로웨이브 열처리가 소자의 전기적 특성 개선에 미치는 영향을 확인하였다. 제작된 IGZO 박막트렌지스터는 p-type bulk silicon 위에 thermal SiO2 산화막이 100 nm 형성된 기판을 사용하였다. RCA 클리닝을 진행한 후 RF sputter를 사용하여 In-Ga-Zn-O (1:1:1)을 70 nm 증착하였다. 이후에 Photo-lithography 공정을 통하여 active 영역을 형성하였고, 전기적 특성 평가가 용이한 junctionless 트랜지스터 구조로 제작하였다. 후속 열처리 방식으로 마이크로웨이브 열처리를 1000 W에서 2분간 실시하였다. 그리고 기존 열처리 방식과의 비교를 위해 furnace를 이용하여 N2 가스 분위기에서 $600^{\circ}C$의 온도로 30분 동안 열처리를 실시하였다. 그 결과, 마이크로웨이브 열처리를 한 소자의 경우 기존의 furnace 열처리 소자와 비교하여 우수한 전기적 특성을 나타내는 것을 확인하였다. 따라서, 마이크로웨이브를 이용한 열처리 공정은 향후 저온 공정을 요구하는 소자 공정에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2003.05a
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• pp.41-41
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• 2003

텅스텐(W)은 높은 thermal stability 와 process compatibility 및 우수한 corrosion r resistance 둥으로 integrated circuit (IC)의 gate 및 interconnection 둥으로의 활용이 대두되고 있으며, 차세대 thin film transistor liquid crystal display (TFT-LCD)의 gate 및 interconnection m materials 둥으로 사용되고 았다. 그러나, 이러한 장점을 가지고 있는 팅스텐 박막이 실제 공정상에 적용되가 위해서는 건식 식각이 주로 사용되는데, 이는 wet chemical 을 이용한 습식 식각을 사용할 경우 낮은 etch rate, line width 의 감소 및 postetch residue 잔류 동의 문제가 발생하기 때문이다. 또한 W interconnection etching 을 하기 위해서는 높은 텅스텐 박막의 etch rate 과 하부 layer ( (amorphous silicon 또는 poly-SD와의 높은 etch selectivity 가 필수적 이 라 할 수 있다. 그러 나, 지금까지 연구되어온 결과에 따르면 텅스탠과 하부 layer 와의 etch selectivity 는 2 이하로 매우 낮게 관찰되고 았으며, 텅스텐의 etch rate 또한 150nm/min 이하로 낮은 값을 나타내고 있다. 따라서 본 연구에서는 halogen-based inductively coupled plasma 를 이용하여 텅스텐 박막 식각시 여러 가지 첨가 가스에 따른 높은 텅스탠 박막의 etch rate 과 하부 layer 와의 높은 etch s selectivity 를 얻고자 하였으며, 그에 따른 식각 메커니즘에 대하여 알아보고자 하였다. $CF_4/Cl_2$ gas chemistry 에 첨 가 가스로 $N_2$와 Ar을 첨 가할 경 우 텅 스텐 박막과 하부 layer 간의 etch selectivity 증가는 관찰되지 않았으며, 반면에 첨가 가스로 $O_2$를 사용할 경우, $O_2$의 첨가량이 증가함에 따라 etch s selectivity 는 계속적으로 증가렴을 관찰할 수 있었다. 이는 $O_2$ 첨가에 따라 형성되는 WOF4 에 의한 텅스텐의 etch rates 의 감소에 비하여, $Si0_2$ 등의 형성에 의한 poly-Si etch rates 이 더욱 크게 감소하였기 때문으로 사료된다. W 과 poly-Si 의 식각 특성을 이해하기 위하여 X -ray photoelectron spectroscopy (XPS)를 사용하였으며, 식각 전후의 etch depth 를 측정하기 위하여 stylus p pmfilometeT 를 이용하였다.

• 한국정보디스플레이학회:학술대회논문집
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• 2008.10a
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• pp.107-108
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• 2008

The spectacular development of AMLCDs, been made possible by a-Si:H technology, still faces two major drawbacks due to the intrinsic structure of a-Si:H, namely a low mobility and most important a shift of the transfer characteristics of the TFTs when submitted to bias stress. This has lead to strong research in the crystallization of a-Si:H films by laser and furnace annealing to produce polycrystalline silicon TFTs. While these devices show improved mobility and stability, they suffer from uniformity over large areas and increased cost. In the last decade we have focused on microcrystalline silicon (${\mu}c$-Si:H) for bottom gate TFTs, which can hopefully meet all the requirements for mass production of large area AMOLED displays [1,2]. In this presentation we will focus on the transfer of a deposition process based on the use of $SiF_4$-Ar-$H_2$ mixtures from a small area research laboratory reactor into an industrial gen 1 AKT reactor. We will first discuss on the optimization of the process conditions leading to fully crystallized films without any amorphous incubation layer, suitable for bottom gate TFTS, as well as on the use of plasma diagnostics to increase the deposition rate up to 0.5 nm/s [3]. The use of silicon nanocrystals appears as an elegant way to circumvent the opposite requirements of a high deposition rate and a fully crystallized interface [4]. The optimized process conditions are transferred to large area substrates in an industrial environment, on which some process adjustment was required to reproduce the material properties achieved in the laboratory scale reactor. For optimized process conditions, the homogeneity of the optical and electronic properties of the ${\mu}c$-Si:H films deposited on $300{\times}400\;mm$ substrates was checked by a set of complementary techniques. Spectroscopic ellipsometry, Raman spectroscopy, dark conductivity, time resolved microwave conductivity and hydrogen evolution measurements allowed demonstrating an excellent homogeneity in the structure and transport properties of the films. On the basis of these results, optimized process conditions were applied to TFTs, for which both bottom gate and top gate structures were studied aiming to achieve characteristics suitable for driving AMOLED displays. Results on the homogeneity of the TFT characteristics over the large area substrates and stability will be presented, as well as their application as a backplane for an AMOLED display.