[학위논문]저온 제작 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 누설 전류 메카니즘에 관한 연구 (A) study on the leakage current mechanism of low-temperature processed poly-si thin film transistors원문보기
다결정 실리콘 박막 트랜지스터(polycrystalline silicon thin film transistors : poly-Si TFT's)는 활성층(active layer)으로 사용되는 다결정 실리콘 박막 내에 비교적 많은 trap 밀도로 인하여 발생되는 누설 전류가 크기 때문에 AMLCD(active matrix ...
다결정 실리콘 박막 트랜지스터(polycrystalline silicon thin film transistors : poly-Si TFT's)는 활성층(active layer)으로 사용되는 다결정 실리콘 박막 내에 비교적 많은 trap 밀도로 인하여 발생되는 누설 전류가 크기 때문에 AMLCD(active matrix liquid crystal display) 용 pixel 소자로 사용하는데 심각한 문제점을 갖고 있다. 이러한 누설 전류를 감소시키는데 필요한 기본적인 원리를 이해하기 위하여 누설 전류 메카니즘을 체계적으로 분석할 필요성이 있다. 본 논문에서는 저온(≤600℃) 공정으로 다결정 실리콘 박막 트랜지스터를 제조한 후 소자의 누설 전류 메카니즘을 체계적으로 연구하였다. 저온 고정에서 제작된 다결정 실리콘 박막 트랜지스터(LTP poly-Si TFT'S)의 누설 전류의 메카니즘은 크게 3 영역으로 나타나는데, 낮은 게이트 전압(-7 V ≤ V_GS ≤ -1 V) 영역에서는 누설 전류가 채널 길이 (L)와 반비례하는 저항성 전류(resistive current) 특성을 가지며, 높든 게이트 전압과 낮은 드레인 전압(V_GS ≤ -7 V, V_DS ≤3 V) 영역에서는 게이트 전압에 관계없이 온도에 의존 하는 thermal emission 전류 특성을 가진다. 마지막으로 높은 게이트 전압과 높은 드레인 전압(V_GS≤ -7V, V_DS ≥3V) 일 때에 드레인 근처의 공핍영역에서는 field enhanced thermal excitation에 기인하여 midgap에 trap 된 정공들이 가전자대(valence band)로 field enhanced (Poole-Frenkel) thermal emission 되는 전류 특성을 나타내었다. 또한, 본 연구에서는 저온에서 제작된 다결정 실리콘 박막 트랜지스터에 hydrogenation 처리를 한 수 전지적 특성은 전반적으로 크게 개선되었다. 특히, 누설전류는 hydrogenation 공정 전에 비하여 현저하게 감소하였고 드레인 전압과 게이트 전압에 의한 전계 의존성보다는 온도에 의존하는 전류 특성을 나타냄을 알 수 있었다. 이는 midgap 근처의 trap 밀도가 현저하게 감소된 데 기인하며 수치적 modeling을 통하여 확인할 수 있었다.
다결정 실리콘 박막 트랜지스터(polycrystalline silicon thin film transistors : poly-Si TFT's)는 활성층(active layer)으로 사용되는 다결정 실리콘 박막 내에 비교적 많은 trap 밀도로 인하여 발생되는 누설 전류가 크기 때문에 AMLCD(active matrix liquid crystal display) 용 pixel 소자로 사용하는데 심각한 문제점을 갖고 있다. 이러한 누설 전류를 감소시키는데 필요한 기본적인 원리를 이해하기 위하여 누설 전류 메카니즘을 체계적으로 분석할 필요성이 있다. 본 논문에서는 저온(≤600℃) 공정으로 다결정 실리콘 박막 트랜지스터를 제조한 후 소자의 누설 전류 메카니즘을 체계적으로 연구하였다. 저온 고정에서 제작된 다결정 실리콘 박막 트랜지스터(LTP poly-Si TFT'S)의 누설 전류의 메카니즘은 크게 3 영역으로 나타나는데, 낮은 게이트 전압(-7 V ≤ V_GS ≤ -1 V) 영역에서는 누설 전류가 채널 길이 (L)와 반비례하는 저항성 전류(resistive current) 특성을 가지며, 높든 게이트 전압과 낮은 드레인 전압(V_GS ≤ -7 V, V_DS ≤3 V) 영역에서는 게이트 전압에 관계없이 온도에 의존 하는 thermal emission 전류 특성을 가진다. 마지막으로 높은 게이트 전압과 높은 드레인 전압(V_GS≤ -7V, V_DS ≥3V) 일 때에 드레인 근처의 공핍영역에서는 field enhanced thermal excitation에 기인하여 midgap에 trap 된 정공들이 가전자대(valence band)로 field enhanced (Poole-Frenkel) thermal emission 되는 전류 특성을 나타내었다. 또한, 본 연구에서는 저온에서 제작된 다결정 실리콘 박막 트랜지스터에 hydrogenation 처리를 한 수 전지적 특성은 전반적으로 크게 개선되었다. 특히, 누설전류는 hydrogenation 공정 전에 비하여 현저하게 감소하였고 드레인 전압과 게이트 전압에 의한 전계 의존성보다는 온도에 의존하는 전류 특성을 나타냄을 알 수 있었다. 이는 midgap 근처의 trap 밀도가 현저하게 감소된 데 기인하며 수치적 modeling을 통하여 확인할 수 있었다.
Poly-Si TFT's have a serious problem for elements in AMLCD applications because of high leakage current, which is generated by hole traps within the poly-Si thin film used as the active layer. In order to find ways to reduce leakage currents, quantitative understanding of the leakage current mechani...
Poly-Si TFT's have a serious problem for elements in AMLCD applications because of high leakage current, which is generated by hole traps within the poly-Si thin film used as the active layer. In order to find ways to reduce leakage currents, quantitative understanding of the leakage current mechanisms is necessary. In this paper, we have systematically investigated the conduction mechanisms of the leakage current in low=temperature(≤600℃) processed(LTP) poly-Si TFT's. The leakage currents of the LTP poly-Si TFR's are found to be due to a resistive current at low gate voltage(-7 V ≤ V_GS ≤-1 V), thermal emission current at high gate voltage and low drain voltage(V_GS ≤ -7 V, V_DS ≤ 3 V), and field enhanced (Poole-Frenkel) thermal emission current in the depletion region near the drain at high gate and drain voltages (V_GS ≤ -7 V, V_DS ≥3V). Especially, it was observed that the leakage currents were remarkably reduced by plasma-hydrogenation. It was also observed that the leakage currents of the hydrogenated LTP poly-Si TFT's are more critically dependent on temperature rather than electric field. These observations strongly suggest a reduction of the trap density around the midgap, and the suggestion was indirectly confirmed by numerical modeling.
Poly-Si TFT's have a serious problem for elements in AMLCD applications because of high leakage current, which is generated by hole traps within the poly-Si thin film used as the active layer. In order to find ways to reduce leakage currents, quantitative understanding of the leakage current mechanisms is necessary. In this paper, we have systematically investigated the conduction mechanisms of the leakage current in low=temperature(≤600℃) processed(LTP) poly-Si TFT's. The leakage currents of the LTP poly-Si TFR's are found to be due to a resistive current at low gate voltage(-7 V ≤ V_GS ≤-1 V), thermal emission current at high gate voltage and low drain voltage(V_GS ≤ -7 V, V_DS ≤ 3 V), and field enhanced (Poole-Frenkel) thermal emission current in the depletion region near the drain at high gate and drain voltages (V_GS ≤ -7 V, V_DS ≥3V). Especially, it was observed that the leakage currents were remarkably reduced by plasma-hydrogenation. It was also observed that the leakage currents of the hydrogenated LTP poly-Si TFT's are more critically dependent on temperature rather than electric field. These observations strongly suggest a reduction of the trap density around the midgap, and the suggestion was indirectly confirmed by numerical modeling.
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