• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
• /
• v.36 no.5
• /
• pp.463-473
• /
• 2023

In recent years, the transparent amorphous oxide thin film transistor represented by indium-gallium-zinc-oxide (IGZO) has become the first choice of the next generation of integrated circuit control components. This article contributes an overview of IGZO thin-film transistors (TFTs), including their fundamental principles and recent advancements. The paper outlines various TFT structures and places emphasis on the fabrication process of the active layer. The result showed that the size of the active layer including the length-to-width ratio and the width could have a significant effect on the mobility. And the process of TFT could influence the crystal structure of IGZO thin film. Furthermore, the article presents an overview of recent applications of IGZO TFTs, such as their use in display drivers and TFT memories. At last, the future development of IGZO TFT is forecasted in this paper.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2012.02a
• /
• pp.369-369
• /
• 2012

본 연구에서는 투명한 산화물반도체 a-IGZO 박막을 채널층로 사용하여 박막형트랜지스터를 제작하였고, 이를 이용하여 증가 및 공핍모드를 가지는 인버터소자를 제작하였다. 제작된 인버터는 4인치 유리기판위에 게이트, 채널 그리고 소스/드레인 영역을 스퍼터링방식으로 증착하였고, PECVD를 사용하여 SiNx 절연막을 증착하였다. 또한 투명소자에 응용하기위해 게이트, 소스, 드레인 영역을 투명한 a-IZO 박막으로 증착하였다. 제작된 인버터의 특성은 높은 전압이득과, 잡음여유를 가짐으로써 투명소자회로에서 다양한 응용 가능성을 보였다.

• Journal of Information Display
• /
• v.10 no.4
• /
• pp.137-142
• /
• 2009

Transparent top-gate Al-Zn-Sn-O (AZTO) thin-film transistors (TFTs) with an $Al_2O_3$ protective layer (PL) on an active layer were studied, and a transparent 2.5-inch QCIF+AMOLED (active-matrix organic light-emitting diode) display panel was fabricated using an AZTO TFT backplane. The AZTO active layers were deposited via RF magnetron sputtering at room temperature, and the PL was deposited via two different atomic-layer deposition (ALD) processes. The mobility and subthreshold slope were superior in the TFTs annealed in vacuum and with oxygen plasma PLs compared to the TFTs annealed in $O_2$ and with water vapor PLs, but the bias stability of the TFTs annealed in $O_2$ and with water vapor PLs was excellent.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2011.08a
• /
• pp.127-127
• /
• 2011

We investigate the transparent TFTs using a transparent ZnSnO3 (ZTO)/Ag/ZTO multilayer electrode as S/D electrodes with low resistivity of $3.24{\times}10^{-5}$ ohm-cm, and high transparency of 86.29% in ZTO based TFTs. The Transparent TFTs (TTFTs) are prepared on glass substrate coated 100 nm of ITO thin film. On atomic layer deposited $Al_2\;O_3$, 50 nm ZTO layer is deposited by RF magnetron sputtering through a shadow mask for channel layer using ZTO target with 1 : 1 molar ratio of ZnO : $SnO_2$. The power of 100W, the working pressure of 2mTorr, and the gas flow of Ar 20 sccm during the ZTO deposition. After channel layer deposition, a ZTO (35 nm)/Ag (12 nm)/ZTO(35 nm) multilayer is deposited by DC/RF magnetron sputtering to form transparent S/D electrodes which are patterned through the shadow mask. Devices are annealed in air at 300$^{\circ}C$ for 30 min following ZTO deposition. Using UV/Visible spectrometer, the optical transmittances of the TTFT using ZTO/Ag/ ZTO multilayer electrodes are compared with TFT using Mo electrode. The structural properties of ZTO based TTFT with ZTO/Ag/ZTO multilayer electrodes are analyzed by high resolution transmission electron microscopy (HREM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The transfer and output characterization of ZTO TTFTs are examined by a customized probe station with HP4145B system in are.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2014.02a
• /
• pp.341.1-341.1
• /
• 2014

In the advanced material for the next generation display device, transparent amorphous oxide semiconductors (TAOS) are promising materials as a channel layer in thin film transistor (TFT). The TAOS have many advantages for large-area application compared with hydrogenated amorphous silicon TFT (a-Si:H) and organic semiconductor TFT. For the reasonable characteristics of TAOS, The a-IGZO has the excellent performances such as low temperature fabrication (R.T~), high mobility, visible region transparent, and reasonable on-off ratio. In this study, we investigated how the electric characteristics and physical properties are changed as various oxygen ratio when magnetron sputtering. we analysis a-IGZO film by AFM, EDS and I-V measurement. decreasing the oxygen ratio, the threshold voltage is shifted negatively and mobility is increasing. Through this correlation, we confirm the effect of oxygen ratio. We fabricated the bottom-gate a-IGZO TFTs. The gate insulator, SiO2 film was grown on heavily doped silicon wafer by thermal oxidation method. a-IGZO channel layer was deposited by RF magnetron sputtering. and the annealing condition is $350^{\circ}C$. Electrode were patterned Al deposition through a shadow mask(160/1000 um).

• Journal of Sensor Science and Technology
• /
• v.22 no.2
• /
• pp.105-110
• /
• 2013

We fabricated an a-IGZO thin film transistor (TFT) with AZO/Ag/AZO transparent multilayer source/drain contacts by rf magnetron sputtering. a-IGZO TFT with AZO/Ag/AZO multilayer S/D electrodes (W/L = 400/50 ${\mu}m$) showed a subs-threshold swing of 3.78 V/dec, a minimum off-current of $10^{-12}$ A, a threshold voltage of 0.41 V, a field effect mobility of $10.86cm^2/Vs$, and an on/off ratio of $9{\times}10^9$. From the ultraviolet photoemission spectroscopy, it was revealed that the enhanced electrical performance resulted from the lowering of the Schottky barrier between a-IGZO and Ag due to the insertion of an AZO layer and thus the AZO/Ag/AZO multilayer would be very appropriate for a promising S/D contact material for the fabrication of high performance TFTs.

• 한국정보디스플레이학회:학술대회논문집
• /
• 2009.10a
• /
• pp.374-377
• /
• 2009

The characteristics of the deposited thin films of the zinc oxide (ZnO) at different oxygen pressures will be elucidated in this work. The resistivity of ZnO thin films were dominated by the carrier concentration under high oxygen pressure conditions while controlled by the carrier mobility at low oxygen ambiences. In addition, we will show the characteristics of the transparent ZnO based thin film transistor (TFT) fabricated at a full room temperature process with gate dielectric of gadolinium oxide ($Gd_2O_3$) thin films.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
• /
• 2009.11a
• /
• pp.63-63
• /
• 2009

Many researchers have been studied as active and transparent electrode using ZnO (Zinc oxide) inorganic semiconductor material due to their good properties such as wide band-gap and high electrical properties compared with amorphous-Si. In this study, we fabricated ZnO films by the RF magnetron sputtering method at a low temperature for a channel layer in thin-film transistor (TFT) and investigated the characteristics of sputtered ZnO films. Also, the electrical properties of TFT using ZnO channel layer such as field effect mobility(${\mu}$), threshold voltage ($V_{th}$), and $I_{on/off}$ ratio are investigated for the application of the display and electronic devices.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2011.02a
• /
• pp.100-100
• /
• 2011

2004년 일본의 Hosono 그룹에 의해 처음 발표된 이래로, amorphous gallium-indium-zinc oxide (a-GIZO) thin film transistors (TFTs)는 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 발광 소자(AM-OLED), 투명 디스플레이에 응용될 뿐만 아니라, 일반적인 Poly-Si TFT에 비해 백플레인의 대면적화에 유리하다는 장점이 있다. 최근에는 Y2O3나 ZrO2 등의 high-k 물질을 gate insulator로 이용하여 높은 캐패시턴스를 유지함과 동시에 낮은 구동 전압과 빠른 스위칭 특성을 가지는 a-GIZO TFT의 연구 결과가 보고되었다. 하지만 투명 디스플레이 소자 제작을 위해 플라스틱이나 유리 기판을 사용할 경우, 기판 특성상 공정 온도에 제약이 따르고(약 $300^{\circ}C$ 이하), 이를 극복하기 위한 부가적인 기술이 필수적이다. 본 연구에서는 p-type Si을 back gate로 하는 Inverted-staggered 구조의 a-GIZO TFT소자를 제작 하였다. p-type Si (100) 기판위에 RF magnetron sputtering을 이용하여 Gate insulator를 증착하고, 같은 방법으로 채널층인 a-GIZO를 70 nm 증착하였다. a-GIZO를 증착하기 위한 sputtering 조건으로는 100W의 RF power와 6 mTorr의 working pressure, 30 sccm Ar 분위기에서 증착하였다. 소스/드레인 전극은 e-beam evaporation을 이용하여 Al을 150 nm 증착하였다. 채널 폭은 80 um 이고, 채널 길이는 각각 20 um, 10 um, 5 um, 2 um이다. 마지막으로 Furnace를 이용하여 N2 분위기에서 $500^{\circ}C$로 30분간 후속 열처리를 실시한 후에, 전기적 특성을 분석하였다.

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