• 제목/요약/키워드: metal-induced crystallization

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금속기판에서 재결정화된 규소 박막 트랜지스터 (Recrystallized poly-Si TFTs on metal substrate)

  • 이준신
    • E2M - 전기 전자와 첨단 소재
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    • 제9권1호
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    • pp.30-37
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    • 1996
  • Previously, crystallization of a-Si:H films on glass substrates were limited to anneal temperature below 600.deg. C, over 10 hours to avoid glass shrinkage. Our study indicates that the crystallization is strongly influenced by anneal temperature and weakly affected by anneal duration time. Because of the high temperature process and nonconducting substrate requirements for poly-Si TFTs, the employed substrates were limited to quartz, sapphire, and oxidized Si wafer. We report on poly-Si TFT's using high temperature anneal on a Si:H/Mo structures. The metal Mo substrate was stable enough to allow 1000.deg. C anneal. A novel TFT fabrication was achieved by using part of the Mo substrate as drain and source ohmic contact electrode. The as-grown a-Si:H TFT was compared to anneal treated poly-Si TFT'S. Defect induced trap states of TFT's were examined using the thermally stimulated current (TSC) method. In some case, the poly-Si grain boundaries were passivated by hydrogen. A-SI:H and poly-Si TFT characteristics were investigated using an inverted staggered type TFT. The poly -Si films were achieved by various anneal techniques; isothermal, RTA, and excimer laser anneal. The TFT on as grown a-Si:H exhibited a low field effect mobility, transconductance, and high gate threshold voltage. Some films were annealed at temperatures from 200 to >$1000^{\circ}C$ The TFT on poly-Si showed an improved $I_on$$I_off$ ratio of $10_6$, reduced gate threshold voltage, and increased field effect mobility by three orders. Inverter operation was examined to verify logic circuit application using the poly Si TFTs.

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박막트랜지스터 응용을 위한 고온 결정화된 다결정실리콘의 특성평가 (The Characteristics of High Temperature Crystallized Poly-Si for Thin Film Transistor Application)

  • 김도영;심명석;서창기;이준신
    • 대한전기학회논문지:전기물성ㆍ응용부문C
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    • 제53권5호
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    • pp.237-241
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    • 2004
  • Amorphous silicon (a-Si) films are used in a broad range of solar cell, flat panel display, and sensor. Because of the greater ease of deposition and lower processing temperature, thin films are widely used for thin film transistors (TFTs). However, they have lower stability under the exposure of visible light and because of their low field effect mobility ($\mu$$_{FE}$ ) , less than 1 c $m^2$/Vs, they require a driving IC in the external circuits. On the other hand, polycrystalline silicon (poly-Si) thin films have superiority in $\mu$$_{FE}$ and optical stability in comparison to a-Si film. Many researches have been done to obtain high performance poly-Si because conventional methods such as excimer laser annealing, solid phase crystallization and metal induced crystallization have several difficulties to crystallize. In this paper, a new crystallization process using a molybdenum substrate has been proposed. As we use a flexible substrate, high temperature treatment and roll-to-roll process are possible. We have used a high temperature process above 75$0^{\circ}C$ to obtain poly-Si films on molybdenum substrates by a rapid thermal annealing (RTA) of the amorphous silicon (a-Si) layers. The properties of high temperature crystallized poly-Si studied, and poly-Si has been used for the fabrication of TFT. By this method, we are able to achieve high crystal volume fraction as well as high field effect mobility.

Multitarget Bias Cosputter증착에 의한 $CoSi_2$층의 저온정합성장 및 상전이에 관한 연구 (A Study on the Low Temperature Epitaxial Growth of $CoSi_2$ Layer by Multitarget Bias cosputter Deposition and Phase Sequence)

  • 박상욱;최정동;곽준섭;지응준;백홍구
    • 한국재료학회지
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    • 제4권1호
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    • pp.9-23
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    • 1994
  • Multitarget bias cosputter deposition(MBCD)에 의해 저온($200^{\circ}C$)에서 NaCI(100)상에 정합$CoSi_2$를 성장시켰다. X-선회절과 투과전자현미경에 의해 증착온도와 기판 bias전압에 따른 각각 silicide의 상전이와 결정성을 관찰하였다. Metal induced crystallization(MIC) 과 self bias 효과에 의해 $200^{\circ}C$에서 기판전압을 인가하지 않은 경우에도 결정질 Si이 성장하였다. MIC현상을 이론 및 실험적으로 고찰하였다. 관찰된 상전이는 $Co_2Si \to CoSi \to Cosi_2$로서 유효생성열법칙에 의해 예측된 상전이와 일치하였다. 기판 bias전압 인가시 발생한 이온충돌에 의한 충돌연쇄혼합(collisional cascade mixing), 성장박막 표면의 in situ cleaning, 핵생성처(nucleation site)이 증가로 인하여 상전이, CoSi(111)우선방위, 결정성은 증착온도에 비해 기판bias전압에 더 큰 영향을 받았다. $200^{\circ}C$에서 기판 bias전압을 증가시킴에 따라 이온충돌에 의한 결정입성장이 관찰되었으며, 이를 이온충독파괴(ion bombardment dissociation)모델에 의해 해석하였다. $200^{\circ}C$에서의 기판 bias전압증가에 따른 결정성변화를 정량적으로 고찰하기 위해 Langmuir탐침을 이용하여 $E_{Ar},\; \alpha(V_s)$를 계산하였다.

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다결정 실리콘 박형 태양전지를 위한 다결정 실리콘 씨앗층 제조 연구 (Study on the fabrication of a polycrystalline silicon (pc-Si) seed layer for the pc-Si lamelliform solar cell)

  • 정혜정;오광환;이종호;부성재
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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    • pp.75.2-75.2
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    • 2010
  • We studied the fabrication of polycrystalline silicon (pc-Si) films as seed layers for application of pc-Si thin film solar cells, in which amorphous silicon (a-Si) films in a structure of glass/Al/$Al_2O_3$/a-Si are crystallized by the aluminum-induced layer exchange (ALILE) process. The properties of pc-Si films formed by the ALILE process are strongly determined by the oxide layer as well as the various process parameters like annealing temperature, time, etc. In this study, the effects of the oxide film thickness on the crystallization of a-Si in the ALILE process, where the thickness of $Al_2O_3$ layer was varied from 4 to 50 nm. For preparation of the experimental film structure, aluminum (~300 nm thickness) and a-Si (~300 nm thickness) layers were deposited using DC sputtering and PECVD method, respectively, and $Al_2O_3$ layer with the various thicknesses by RF sputtering. The crystallization of a-Si was then carried out by the thermal annealing process using a furnace with the in-situ microscope. The characteristics of the produced pc-Si films were analyzed by optical microscope (OM), scanning electron microscope (SEM), Raman spectrometer, and X-ray diffractometer (XRD). As results, the crystallinity was exponentially decayed with the increase of $Al_2O_3$ thickness and the grain size showed the similar tendency. The maximum pc-Si grain size fabricated by ALILE process was about $45{\mu}m$ at the $Al_2O_3$ layer thickness of 4 nm. The preferential crystal orientation was <111> and more dominant with the thinner $Al_2O_3$ layer. In summary, we obtained a pc-Si film not only with ${\sim}45{\mu}m$ grain size but also with the crystallinity of about 75% at 4 nm $Al_2O_3$ layer thickness by ALILE process with the structure of a glass/Al/$Al_2O_3$/a-Si.

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금속 유도 결정화에 의한 저온 불순물 활성화 (Low temperature activation of dopants by metal induced crystallization)

  • 인태형;신진욱;이병일;주승기
    • 전자공학회논문지D
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    • 제34D권5호
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    • pp.45-51
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    • 1997
  • Low temperature activation of dopants which were doped using ion mass doping system in amorphous silicon(a-Si) thin films was investigated. With a 20.angs.-thick Ni film on top of the a-Si thin film, the activation temperature of dopants lowered to 500.deg. C. When the doping was performaed after the deposition of Ni thin film on the a-Si thin films (post-doping), the activation time was shorter than that of dopants mass, the activation time of the dopants doped by pre-doping method increased. It turned NiSi2 formation, while the decrease of activation time was mainly due to the enhancement of the NiSi2 formation by mixing of Ni and a-Si at the interface of Ni and a -Si thin during the ion doping process.

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운모기판을 이용한 다결정 Si 전이막 성장 연구 (Growth of Transferable Polycrystalline Si Film on Mica Substrate)

  • 박진우;엄지혜;안병태;정영권
    • 한국재료학회지
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    • 제14권5호
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    • pp.343-347
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    • 2004
  • We investigated the growth feasibility of polycrystalline Si film on mica substrate for the transfer of the layer to a plastic substrate. The annealing temperature was limited up to $600^{\circ}C$ because of crack development in the mica substrate. Amorphous Si film was deposited on mica substrate by PECVD and was crystallized by furnace annealing. During the annealing, bubbles were formed at the Si/mica interface. The bubble formation was avoided by the Ar-plasma treatment before amorphous Si deposition. A uniform and clean polycrystalline Si film was obtained by coating $NiCl_2$ on the amorphous Si film and annealing at $500^{\circ}C$ for 10 h. The conventional Si lithography was possible on the mica substrate and the devices fabricated on the substrate could be transferred to a plastic substrate.

X-Ray Emission Spectroscopic Analysis for Crystallized Amorphous Silicon Induced by Excimer Laser Annealing

  • John, Young-Min;Kim, Dong-Hwan;Cho, Woon-Jo;Lee, Seok;Kurmaev, E.-Z.
    • Journal of the Optical Society of Korea
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    • 제5권1호
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    • pp.1-4
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    • 2001
  • The results of investigating $SiL_{2,3}$/ X-ray emission valence spectra of amorphous silicon films irradiated by excimer laser are presented. It is found that laser annealing leads to crystallization of amorphous silicon films and the crystallinity increases with the laser energy density from 250 to 400 mJ/$\textrm{cm}^2$. The vertical structure of the film is investigated by changing the accelerating voltage on the X-ray tube, and the chemical and structural state of Si$_3$N$_4$ buffer layer is found not to be changed by the excimer laser treatment.

Large grain을 가지는 LTPS TFT의 Gate bias stress에 따른 소자의 특성 변화 분석

  • 유경열;이원백;정우원;박승만;이준신
    • 한국진공학회:학술대회논문집
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    • 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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    • pp.429-429
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    • 2010
  • TFT 제조 방법 중 LTPS (Low Temperature Polycrystalline Silicon)는 저온과 저비용 등의 이점으로 인하여 flat panel display 제작에 널리 사용된다. 이동도와 전류 점멸비 등에서 이점을 가지는 ELA(Excimer Laser Annealing)가 널리 사용되고 있지만, 이 방법은 uniformity 등의 문제점을 가지고 있다. 이를 극복하기 위한 방법으로 MICC(Metal Induced Capping Crystallization)이 사용되고 있다. 이 방법은 $SiN_x$, $SiO_2$, SiON등의 capping layer를 diffusion barrier로 위치시키고, Ni 등의 금속을 capping layer에 도핑 한 뒤, 다시 한번 열처리를 통하여 a-Si에 Ni을 확산시키킨다. a-Si 층에 도달한 Ni들이 seed로 작용하여 Grain size가 매우 큰 film을 제작할 수 있다. 채널의 grain size가 클 경우 grain boundary에 의한 캐리어 scattering을 줄일 수 있기 때문에 MIC 방법을 사용하였음에도 ELA에 버금가는 소자의 성능과 안정성을 얻을 수있었다. 본 연구에서는 large grain TFT의 Gate bias stress에 따른 소자의 안정성 측정 및 분석에 목표를 두었다.

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Metal-induced Crystallization of Amorphous Ge on Glass Synthesized by Combination of PIII&D and HIPIMS Process

  • Jeon, Jun-Hong;Kim, Eun-Kyeom;Choi, Jin-Young;Park, Won-Woong;Moon, Sun-Woo;Lim, Sang-Ho;Han, Seung-Hee
    • 한국진공학회:학술대회논문집
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    • 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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    • pp.144-144
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    • 2012
  • 최근 폴리머를 기판으로 하는 고속 Flexible TFT (Thin film transistor)나 고효율의 박막 태양전지(Thin film solar cell)를 실현시키기 위해 낮은 비저항(resistivity)을 가지며, 높은 홀 속도(carrier hall mobility)와 긴 이동거리를 가지는 다결정 반도체 박막(poly-crystalline semiconductor thin film)을 만들고자 하고 있다. 지금까지 다결정 박막 반도체를 만들기 위해서는 비교적 높은 온도에서 장시간의 열처리가 필요했으며, 이는 폴리머 기판의 문제점을 야기시킬 뿐 아니라 공정시간이 길다는 단점이 있었다. 이에 반도체 박막의 재결정화 온도를 낮추어 주는 metal (Al, Ni, Co, Cu, Ag, Pd, etc.)을 이용하여 결정화시키는 방법(MIC)이 많이 연구되어지고 있지만, 이 또한 재결정화가 이루어진 반도체 박막 안에 잔류 금속(residual metal)이 존재하게 되어 비저항을 높이고, 홀 속도와 이동거리를 감소시키는 단점이 있다. 이에 본 실험은, 종래의 MIC 결정화 방법에서 이용되어진 금속 증착막을 이용하는 대신, HIPIMS (High power impulse magnetron sputtering)와 PIII&D (Plasma immersion ion implantation and deposition) 공정을 복합시킨 방법으로 적은 양의 알루미늄을 이온주입함으로써 재결정화 온도를 낮추었을 뿐 아니라, 잔류하는 금속의 양도 매우 적은 다결정 반도체 박막을 만들 수 있었다. 분석 장비로는 박막의 결정화도를 측정하기 위해 GIXRD (Glazing incident x-ray diffraction analysis)와 Raman 분광분석법을 사용하였고, 잔류하는 금속의 양과 화학적 결합 상태를 알아보기 위해 XPS (X-ray photoelectron spectroscopy)를 통한 분석을 하였다. 또한, 표면 상태와 막의 성장 상태를 확인하기 위하여 HRTEM(High resolution transmission electron microscopy)를 통하여 관찰하였다.

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램프 스캐닝 열처리에 의한 다결정 실리콘 박막의 형성 및 TFT 제작에 관한 연구 (A Study on the Formation of Polycrystalline Silicon Film by Lamp-Scanning Annealing and Fabrication of Thin Film Transistors)

  • 김태경;김기범;이병일;주승기
    • 전자공학회논문지D
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    • 제36D권1호
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    • pp.57-62
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    • 1999
  • 유리기판 위에 다결정 실리콘 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT)를 형성하기 위해서 램프 Scanning 열처리 장치를 개발하였다. 선형 램프를 Scanning 함으로써 대면적 유리기판에의 적용 가능성을 높였으며 TFT의 채널 부분은 금속 유도 측면 결정화 방법에 의해 결정화 시켰다. 할로겐 램프에 의한 빛은 투명 유리기판은 가열시키지 않고 ,island 행태의 실리콘 박막만을 가열시킬 수 있었다. 실리콘 산화막으로 이루어진 Capping layer를 적용하였고 이때의 성장 속도는 Capping layer가 없는 경우보다 35배 정도로 빠른 MILC 성장 속도를 나타내었다. 할로겐 램프를 약 1.4mm/sec의 속도록 Scanning한 경우 유리기판의 손상 없이 18-27${\mu}m/scan$ 정도의 결정화를 나타내었다. 이와 같이 제작된 다결정 실리콘 박막으로 제작된 TFT는 전자이동도 130$cm^2/V{\cdot}sec$의 우수한 특성을 나타내었다.

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