• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2010.05a
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• pp.53.2-53.2
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• 2010

지금까지 능동 구동 디스플레이의 TFT backplane에 사용하고 있는 채널 물질로는 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H)과 저온 폴리실리콘(low temperature poly-Si)이 대표적이다. 수소화된 비정질 실리콘은 TFT-LCD 제조에 주로 사용되는 물질로 제조 공정이 비교적 간단하고 안정적이며, 생산 비용이 낮고, 소자 간 특성이 균일하여 대면적 디스플레이 제조에 유리하다. 그러나 a-Si:H TFT의 이동도(mobility)가 1 cm2/Vs이하로 낮아 Full HD 이상의 대화면, 고해상도, 고속 동작을 요구하는 UD(ultra definition)급 디스플레이를 개발하는데 있어 한계 상황에 다다르고 있다. 또한 광 누설 전류(photo leakage current)의 발생을 억제하기 위해서 화소의 개구율(aperture ratio)을 감소시켜야하므로 패널의 투과율이 저하되고, 게이트 전극에 지속적으로 바이어스를 인가 시 TFT의 문턱전압(threshold voltage)이 열화되는 문제점을 가지고 있다. 문제점을 극복하기 위한 대안으로 근래 투명 산화물 반도체(transparent oxide semiconductor)가 많은 관심을 얻고 있다. 투명 산화물 반도체는 3 eV 이상의 높은 밴드갭(band-gap)을 가지고 있어 광 흡수도가 낮아 투명하고, 광 누설 전류의 영향이 작아 화소 설계시 유리하다. 최근 다양한 조성의 산화물 반도체들이 TFT 채널 층으로의 적용을 목적으로 활발하게 연구되고 있으며 ZnO, SnO2, In2O3, IGO(indium-gallium oxide), a-ZTO(amorphous zinc-tin-oxide), a-IZO (amorphous indium-zinc oxide), a-IGZO(amorphous indium-galliumzinc oxide) 등이 그 예이다. 이들은 상온 또는 $200^{\circ}C$ 이하의 낮은 온도에서 PLD(pulsed laser deposition)나 스퍼터링(sputtering)과 같은 물리적 기상 증착법(physical vapor deposition)으로 손쉽게 증착이 가능하다. 특히 이중에서도 a-IGZO는 비정질임에도 불구하고 이동도가 $10\;cm2/V{\cdot}s$ 정도로 a-Si:H에 비해 월등히 높은 이동도를 나타낸다. 이와 같이 a-IGZO는 비정질이 가지는 균일한 특성과 양호한 이동도로 인하여 대화면, 고속, 고화질의 평판 디스플레이용 TFT 제작에 적합하고, 뿐만 아니라 공정 온도가 낮은 장점으로 인해 플렉시블 디스플레이(flexible display)의 backplane 소재로서도 연구되고 있다. 본 실험에서는 rf sputtering을 이용하여 증착한 a-IGZO 박막에 대하여 열처리 조건 변화에 따른 a-IGZO 박막들의 광학적, 전기적 특성변화를 살펴보았고, 이와 더불어 a-IGZO 박막을 TFT에 적용하여 소자의 특성을 분석함으로써, 열처리에 따른 Transfer Curve에서의 우리가 요구하는 Threshold Voltage(Vth)의 변화를 관찰하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2009.06a
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• pp.44-44
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• 2009

Recently, transparent ZnO-based TFTs have attracted much attention for flexible displays because they can be fabricated on plastic substrates at low temperature. We report the fabrication and characteristics of ZnO channel layers(ZnO TFTs) having different channel thicknesses. The ZnO film were deposited as active channel layers on $Si_3N_4/Ti/SiO_2p$-Si substrates by rf magnetron sputtering at $100\;^{\circ}C$ without additional annealing. Also the Zno thin films deposited at oxygen partial pressures of 40%. ZnO TFTs using a bottom-gate configuration were investigated. The $Si_3N_4$ film were deposited as gate insulator by PE-CVD at $15\;^{\circ}C$. All Processes were processed below $150^{\circ}C$ which is optimal temperature for flexible display and were used dry etching method.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.287-287
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• 2010

We report a new direct patterning method, called liquid bridge-mediated nanotransfer molding (LB-nTM), for the formation of two- or three-dimensional structures with feature sizes between tens of nanometers and tens of micron over large areas. LB-nTM is based on the direct transfer of various materials from a mold to a substrate via a liquid bridge between them. This procedure can be adopted for automated direct printing machines that generate patterns of functional materials with a wide range of feature sizes on diverse substrates. Arrays of TIPS-PEN TFTs were fabricated on 4" polyethersulfone (PES) substrates by LB-nTM using PDMS molds. An inverted staggered structure was employed in the TFT device fabrication. A 150 nm-thick indium-tin oxide (ITO) gate electrode and a 200 nm-thick SiO2dielectric layer were formed on a PES substrate by sputter deposition. An array of TIPS-PEN patterns (thickness: 60 nm) as active channel layers was fabricated on the substrate by LB-nTM. The nominal channel length of the TIPS-PEN TFT was 10 mm, while the channel width was 135 mm. Finally, the source and drain electrodes of 200 nm-thick Ag were defined on the substrate by LB-nTM. The TIPS-PEN TFTs can endure strenuous bending and are also transparent in the visible range, and therefore potentially useful for flexible and invisible electronics.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2010.05a
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• pp.54.2-54.2
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• 2010

최근까지는 주로 비정질 실리콘이 디스플레이의 채널층으로 상용화 되어왔다. 비정질 실리콘 기반의 박막 트랜지스터는 제작의 경제성 및 균일성을 가지고 있어서 널리 상용화되고 있다. 하지만 비정질 실리콘의 구조적인 문제인 낮은 전자 이동도(< $1\;cm^2/Vs$)로 인하여 디스플레이의 대면적화에 부적합하며, 광학적으로 불투명한 특성을 갖기 때문에 차세대 디스플레이의 응용에 불리한 점이 있다. 이런 문제점의 대안으로 현재 국내외 여러 연구 그룹에서 산화물 기반의 반도체를 박막 트랜지스터의 채널층으로 사용하려는 연구가 진행중이다. 산화물 기반의 반도체는 밴드갭이 넓어서 광학적으로 투명하고, 상온에서 증착이 가능하며, 비정질 실리콘에 비해 월등히 우수한 이동도를 가짐으로 디스플레이의 대면적화에 유리하다. 특히 Zinc Oxide의 경우, band gap이 3.4eV로써, transparent conductors, varistors, surface acoustic waves, gas sensors, piezoelectric transducers 그리고 UV detectors 등의 많은 응용에 쓰이고 있다. 또한, a-Si TFTs에 비해 ZnO-based TFTs의 경우 우수한 소자 성능과 신뢰성을 나타내며, 대면적 제조시 우수한 균일성 및 낮은 생산비용이 장점이다. 그러나 ZnO-baesd TFTs의 경우 일정한 bias 아래에서 threshold voltage가 이동하는 문제점이 displays의 소자로 적용하는데 매우 중요하고 문제점으로 여겨진다. 특히 gate insulator와 channel layer사이의 interface에서의 defect에 의한 charge trapping이 이러한 문제점들을 야기한다고 보고되어진다. 본 연구에서는 Zinc Oxide 기반의 박막 트랜지스터를 DC magnetron sputtering을 이용하여 상온에서 제작을 하였다. 또한, $Si_3N_4$ 기판 위에 electron cyclotron resonance (ECR) $O_2$ plasma 처리와 plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD)를 통하여 $SiO_2$ 를 10nm 증착을 하여 interface의 개선을 시도하였다. 그리고 TFTs 소자의 출력 특성 및 전이 특성을 평가를 하였고, 소자의 field effect mobility의 값이 향상을 하였다. 또한 Temperature, Bias Temperature stability의 조건에서 안정성을 평가를 하였다. 이러한 interface treatment는 안정성의 향상을 시킴으로써 대면적 디스플레의 적용에 비정질 실리콘을 대체할 유력한 물질이라고 생각된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.341-341
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• 2012

Recently, oxide semi-conductor materials have been investigated as promising candidates replacing a-Si:H and poly-Si semiconductor because they have some advantages of a room-temperature process, low-cost, high performance and various applications in flexible and transparent electronics. Particularly, amorphous indium-gallium-zinc-oxide (a-IGZO) is an interesting semiconductor material for use in flexible thin film transistor (TFT) fabrication due to the high carrier mobility and low deposition temperatures. In this work, we demonstrated improvement of flexibility in IGZO TFTs, which were fabricated on polyimide (PI) substrate. At first, a thin poly-4vinyl phenol (PVP) layer was spin coated on PI substrate for making a smooth surface up to 0.3 nm, which was required to form high quality active layer. Then, Ni gate electrode of 100 nm was deposited on the bare PVP layer by e-beam evaporator using a shadow mask. The PVP and $Al_2O_3$ layers with different thicknesses were used for organic/inorganic multi gate dielectric, which were formed by spin coater and atomic layer deposition (ALD), respectively, at $200^{\circ}C$. 70 nm IGZO semiconductor layer and 70 nm Al source/drain electrodes were respectively deposited by RF magnetron sputter and thermal evaporator using shadow masks. Then, IGZO layer was annealed on a hotplate at $200^{\circ}C$ for 1 hour. Standard electrical characteristics of transistors were measured by a semiconductor parameter analyzer at room temperature in the dark and performance of devices then was also evaluated under static and dynamic mechanical deformation. The IGZO TFTs incorporating hybrid gate dielectrics showed a high flexibility compared to the device with single structural gate dielectrics. The effects of mechanical deformation on the TFT characteristics will be discussed in detail.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.22 no.10
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• pp.821-825
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• 2009

Recently, transparent ZnO-based TFTs have attracted much attention for flexible displays because they can be fabricated on plastic substrates at low temperature. We report the fabrication and characteristics of ZnO TFTs having different channel thicknesses deposited at low temperature. The ZnO films were deposited as active channel layer on $Si_3N_4/Ti/SiO_2/p-Si$ substrates by RF magnetron sputtering at $100^{\circ}C$ without additional annealing. Also, the ZnO thin films deposited at oxygen partial pressures of 40%. ZnO TFTs using a bottom-gate configuration were investigated. The $Si_3N_4$ film was deposited as gate insulator by PE-CVD at $150^{\circ}C$. All Processes were processed below $150^{\circ}C$ which is optimal temperature for flexible display and were used dry etching method. The fabricated devices have different threshold slop, field effect mobility and subthreshold slop according to channel thickness. This characteristics are related with ZnO crystal properties analyzed with XRD and SPM. Electrical characteristics of 60 nm ZnO TFT (W/L = $20\;{\mu}m/20\;{\mu}m$) exhibited a field-effect mobility of $0.26\;cm^2/Vs$, a threshold voltage of 8.3 V, a subthreshold slop of 2.2 V/decade, and a $I_{ON/OFF}$ ratio of $7.5\times10^2$.

• 한국정보디스플레이학회:학술대회논문집
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• 2007.08a
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• pp.145-148
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• 2007

The authors report on the fabrication of thin film transistors (TFTs) that use amorphous indium-gallium-zinc oxide (a-IGZO) channel and have the channel length (L) and width (W) patterned by dry etching. To prevent the plasma damage of active channel, a 100-nm-thckness $SiO_{x}$ by PECVD was adopted as an etch-stopper structure. IGZO TFT (W/L=10/50${\mu}m$) fabricated on glass exhibited the high performance mobility of $35.8\;cm^2/Vs$, a subthreshold gate voltage swing of $0.59V/dec$, and $I_{on/off}$ of $4.9{\times}10^6$. In addition, 4.1” transparent QCIF active-matrix organic light-emitting diode display were successfully fabricated, which was driven by a-IGZO TFTs.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.200-200
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• 2010

In recent times, metal oxide semiconductors thin films transistor (TFT), such as zinc and indium based oxide TFTs, have attracted considerable attention because of their several advantageous electrical and optical properties. There are many deposition methods for fabrication of ZnO-based materials such as chemical vapor deposition, RF/DC sputtering and pulsed laser deposition. However, these vacuum process require expensive equipment and result in high manufacturing costs. Also, the methods is difficult to fabricate various multicomponent oxide semiconductor. Recently, several groups report solution processed metal oxide TFTs for low cost and non vacuum process. In this study, we have newly developed solution-processed TFTs based on Ti-related multi-component transparent oxide, i. e., InTiO as the active layer. We propose new multicomponent oxide, Titanium indium oxide(TiInO), to fabricate the high performance TFT through the sol-gel method. We investigated the influence of relative compositions of Ti on the electrical properties. Indium nitrate hydrate [$In(NO^3).xH_2O$] and Titanium isobutoxide [$C_{16}H_{36}O_4Ti$] were dissolved in acetylacetone. Then monoethanolamine (MEA) and acetic acid ($CH_3COOH$) were added to the solution. The molar concentration of indium was kept as 0.1 mol concentration and the amount of Ti was varied according to weighting percent (0, 5, 10%). The complex solutions become clear and homogeneous after stirring for 24 hours. Heavily boron (p+) doped Si wafer with 100nm thermally grown $SiO_2$ serve as the gate and gate dielectric of the TFT, respectively. TiInO thin films were deposited using the sol-gel solution by the spin-coating method. After coating, the films annealed in a tube furnace at $500^{\circ}C$ for 1hour under oxygen ambient. The 5% Ti-doped InO TFT had a field-effect mobility $1.15cm^2/V{\cdot}S$, a threshold voltage of 4.73 V, an on/off current ratio grater than $10^7$, and a subthreshold slop of 0.49 V/dec. The 10% Ti-doped InO TFT had a field-effect mobility $1.03\;cm^2/V{\cdot}S$, a threshold voltage of 1.87 V, an on/off current ration grater than $10^7$, and a subthreshold slop of 0.67 V/dec.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.208.1-208.1
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• 2015

최근, 차세대 투명 디스플레이 구동소자로서 산화물 반도체를 이용한 Transparent Amorphous Oxide Semiconductor (TAOS) 기술이 큰 주목을 받고 있다. 산화물 반도체는 기존의 a-Si에 비해 우수한 전기적인 특성과 낮은 구동전압 그리고 넓은 밴드 갭으로 인한 투명성의 장점들이 있다. 그리고 낮은 공정 온도에서도 제작이 가능하기 때문에 유리나 플라스틱과 같은 다양한 기판에서도 박막 증착이 가능하다. 하지만 기존의 furnace를 이용한 열처리 방식은 낮은 온도에서 우수한 전기적인 특성을 내기 어려우며, 공정 시간이 길어지는 단점들이 있다. 따라서 본 연구에서는 산화물 반도체중 In-Ga-Zn-O (IGZO)와 In-Sn-O(ITO)를 각각 채널 층과 게이트 전극으로 이용하였다. 또한 마이크로웨이브 열처리 기술을 이용하여 기존의 열처리 방식에 비해 에너지 전달 효율이 높고 짧은 시간동안 저온 공정이 가능하며 우수한 전기적인 특성을 가지는 투명 박막 트랜지스터를 구현 하였다. 본 실험은 glass 기판위에서 진행되었으며, RF sputter를 이용하여 ITO를 150 nm 증착한 후, photo-lithography 공정을 통하여 하부 게이트 전극을 형성하였다. 이후에 RF sputter를 이용하여 SiO2 와 IGZO 를 각각 300, 50 nm 증착하였고, patterning 과정을 통하여 채널 영역을 형성하였다. 또한 소자의 전기적인 특성 향상을 위해 마이크로웨이브 열처리를 1000 Watt로 2 분간 진행 하였고, 비교를 위하여 기존 방식인 furnace 를 이용하여 N2 분위기에서 $400^{\circ}C$로 30분간 진행한 소자도 병행하였다. 그 결과 마이크로웨이브를 통해 열처리한 소자는 공정 온도가 $100^{\circ}C$ 이하로 낮기 때문에 glass 기판에 영향을 주지 않고 기존 furnace 열처리 한 소자보다 전체적으로 전기적인 특성이 우수한 것을 확인 하였다.

• Clean Technology
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• v.21 no.4
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• pp.209-216
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• 2015

Indium-Tin-Oxide (ITO) is a material that is widely used for transparent conductive electrodes (TCEs). Indium (In), chief element of the ITO, is expected to be depleted in the near future owing to its high cost and limited reserves. To overcome the issue, ITO has to be retained by recycling redundant ITO targets after manufacturing processes. In this article, we proposed an efficient recycling way of the redundant ITO targets with investigation of the current recycling tendencies in domestic and foreign countries. As a result, it was revealed that only In is recycled from the redundant targets in domestic and Japan. As well, fabrication of TCEs is being researched with ITO nanoparticles solutions. However, since the TCEs fabricated with ITO target is superior to those with other materials, it is thought that establishment of regeneration technology of ITO itself is demanded for an efficient recycling and fabrication of ITO target.