최근 들어 산화물 반도체를 이용한 TFT에 관한 많은 연구가 이루어지고 있는데, 가장 큰 이유는 Si이나 다른 무기물 반도체에 비해 큰 밴드갭 에너지, 즉 투명한 특성을 가지게 되고 이를 이용하여 transparent electronics에 응용이 될 수 있다는 것이다. 이러한 산화물 반도체 중 가장 큰 관심을 받고 있는 것이 ZnO이며, 이를 이용한 ZnO-TFT는 다음과 같은 장점을 가지고 있다. 첫째, a-Si보다 빠른 ...
최근 들어 산화물 반도체를 이용한 TFT에 관한 많은 연구가 이루어지고 있는데, 가장 큰 이유는 Si이나 다른 무기물 반도체에 비해 큰 밴드갭 에너지, 즉 투명한 특성을 가지게 되고 이를 이용하여 transparent electronics에 응용이 될 수 있다는 것이다. 이러한 산화물 반도체 중 가장 큰 관심을 받고 있는 것이 ZnO이며, 이를 이용한 ZnO-TFT는 다음과 같은 장점을 가지고 있다. 첫째, a-Si보다 빠른 전자 이동도로 인해 더 큰 구동 전류와 프레임 레이트를 가질 수 있고, 둘째, poly-Si보다 공정 온도가 낮기 때문에 기판으로 glass나 플라스틱을 이용할 수 있어서 그 응용범위가 넓고 Flexible device에도 응용될 수 있다. 셋째, 큰 밴드갭을 가지고 있어서 가시광선 영역에서 투명성을 가질 수 있다. 이러한 ZnO를 active layer로 이용한 ZnO-TFT는 많은 장점을 가지고 있으며, 다양한 분야에 응용될 수 있지만, 현재 이슈화 되고 있는 문제들이 있다. 첫째, 게이트 절연막에 관한 문제이다. 현재 가장 널리 사용되고 있는 절연 물질은 SiO₂인데 Si위에 형성시키기 쉽다는 장점을 가지고 있다. 하지만 전자소자의 크기가 빠르게 미세화 되고 있는 추세에서 절연막의 두께 또한 감소되기를 강요 받고 있다. 이로 인해 절연막을 통한 터널링을 통해 과도한 누설전류가 흐르게 되고, 이것은 TFT의 특성을 저하시키는 원인이 되고 있다. 이로 인해 SiO₂를 대체할 수 있는 높은 유전상수를 가지는 물질들이 연구되고 있는데 그 중 가장 큰 관심을 받고 있는 것이 ZrO₂이다 ZrO₂가 이렇게 관심을 받는 이유는 다른 물질보다 큰 유전상수 (25~30)와 큰 밴드갭 (5.2eV)을 가지기 때문이다. 둘째, active layer로 사용되는 ZnO 박막에 관한 문제이다. 현재 다른 연구에서는 우수한 질의 ZnO 박막을 제작하기 위해 증착 중 기판의 온도를 높이거나 증착 후 열처리를 하고 있다. 하지만 이러한 열처리는 공정온도를 높이기 때문에 기판의 종류에 제약을 주어 응용분야가 좁아지는 단점을 가지게 된다. 셋째, active layer인 ZnO와 source/drain 전극간의 접촉문제이다. ZnO와 전극간의 일함수 차이로 인하여 높은 전하주입장벽이 생기게 되는데 이는 ZnO-TFT의 성능을 저하시키는 원인이 될 수 있다. 본 연구에서는 이러한 문제들을 해결하여 ZnO-TFT의 성능을 개선하기 위해 세가지 테마로 연구를 진행하였다. 첫째, 절연막의 특성을 향상시키기 위하여 기존에 사용되던 SiO₂가 아닌 ZrO₂를 사용하였고, 우수한 질의 ZrO₂ 박막을 형성시키기 위해 RF스퍼터링 방법을 이용하여 plasma effect와 O₂ 보다 반응성이 우수한 N2O 가스의 분압을 조절하여 실험하였다. 둘째, 우수한 질의 ZnO 박막을 형성시키기 위해 열처리 방법을 사용하지 않고 상온에서 plasma effect와 O₂ 분압을 조절하여 실험하였다. 셋째, ZnO와 source/drain 전극 사이의 ohmic 접촉을 형성하기 위하여 InSb을 이용한 표면처리에 관한 연구를 진행하였다.
최근 들어 산화물 반도체를 이용한 TFT에 관한 많은 연구가 이루어지고 있는데, 가장 큰 이유는 Si이나 다른 무기물 반도체에 비해 큰 밴드갭 에너지, 즉 투명한 특성을 가지게 되고 이를 이용하여 transparent electronics에 응용이 될 수 있다는 것이다. 이러한 산화물 반도체 중 가장 큰 관심을 받고 있는 것이 ZnO이며, 이를 이용한 ZnO-TFT는 다음과 같은 장점을 가지고 있다. 첫째, a-Si보다 빠른 전자 이동도로 인해 더 큰 구동 전류와 프레임 레이트를 가질 수 있고, 둘째, poly-Si보다 공정 온도가 낮기 때문에 기판으로 glass나 플라스틱을 이용할 수 있어서 그 응용범위가 넓고 Flexible device에도 응용될 수 있다. 셋째, 큰 밴드갭을 가지고 있어서 가시광선 영역에서 투명성을 가질 수 있다. 이러한 ZnO를 active layer로 이용한 ZnO-TFT는 많은 장점을 가지고 있으며, 다양한 분야에 응용될 수 있지만, 현재 이슈화 되고 있는 문제들이 있다. 첫째, 게이트 절연막에 관한 문제이다. 현재 가장 널리 사용되고 있는 절연 물질은 SiO₂인데 Si위에 형성시키기 쉽다는 장점을 가지고 있다. 하지만 전자소자의 크기가 빠르게 미세화 되고 있는 추세에서 절연막의 두께 또한 감소되기를 강요 받고 있다. 이로 인해 절연막을 통한 터널링을 통해 과도한 누설전류가 흐르게 되고, 이것은 TFT의 특성을 저하시키는 원인이 되고 있다. 이로 인해 SiO₂를 대체할 수 있는 높은 유전상수를 가지는 물질들이 연구되고 있는데 그 중 가장 큰 관심을 받고 있는 것이 ZrO₂이다 ZrO₂가 이렇게 관심을 받는 이유는 다른 물질보다 큰 유전상수 (25~30)와 큰 밴드갭 (5.2eV)을 가지기 때문이다. 둘째, active layer로 사용되는 ZnO 박막에 관한 문제이다. 현재 다른 연구에서는 우수한 질의 ZnO 박막을 제작하기 위해 증착 중 기판의 온도를 높이거나 증착 후 열처리를 하고 있다. 하지만 이러한 열처리는 공정온도를 높이기 때문에 기판의 종류에 제약을 주어 응용분야가 좁아지는 단점을 가지게 된다. 셋째, active layer인 ZnO와 source/drain 전극간의 접촉문제이다. ZnO와 전극간의 일함수 차이로 인하여 높은 전하주입장벽이 생기게 되는데 이는 ZnO-TFT의 성능을 저하시키는 원인이 될 수 있다. 본 연구에서는 이러한 문제들을 해결하여 ZnO-TFT의 성능을 개선하기 위해 세가지 테마로 연구를 진행하였다. 첫째, 절연막의 특성을 향상시키기 위하여 기존에 사용되던 SiO₂가 아닌 ZrO₂를 사용하였고, 우수한 질의 ZrO₂ 박막을 형성시키기 위해 RF 스퍼터링 방법을 이용하여 plasma effect와 O₂ 보다 반응성이 우수한 N2O 가스의 분압을 조절하여 실험하였다. 둘째, 우수한 질의 ZnO 박막을 형성시키기 위해 열처리 방법을 사용하지 않고 상온에서 plasma effect와 O₂ 분압을 조절하여 실험하였다. 셋째, ZnO와 source/drain 전극 사이의 ohmic 접촉을 형성하기 위하여 InSb을 이용한 표면처리에 관한 연구를 진행하였다.
Recently, the researches about oxide-semiconductor TFT have performed. The reason is that oxide-semiconductor has larger band gap energy than other semiconductor materials. The materials that have large band gap energy have good transmittance. For that reason, oxide-semiconductor TFT could be used i...
Recently, the researches about oxide-semiconductor TFT have performed. The reason is that oxide-semiconductor has larger band gap energy than other semiconductor materials. The materials that have large band gap energy have good transmittance. For that reason, oxide-semiconductor TFT could be used in transparent electronics. Among this oxide-semiconductor ZnO is one of the promising materials, since the ZnO-TFT has following advantage. First, it can have higher drive current and frame rate by higher electron mobility than a-Si, and second, it can be applied various application field because glass or plastic can be used as substrate. The reason is that process temperature of the ZnO-TFT is lower than poly-Si TFT. Third, the ZnO is transparent because of large band gap energy. The ZnO-TFT has many advantages, and can be applied in various fields, but it has some problems. First, it is problem about gate dielectric layer. The SiO2 has been generally used as gate dielectric materials because it is easy that the SiO2 is formed on Si. However, the progressive downscaling of complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) devices below 100 nm feature size requires the downscaling of dielectric layer. For that reason, the gate oxide material SiO2 is reaching its limit because of very high gate leakage currents. Therefore, various high-k materials have been studied. Among these materials, ZrO₂ is one if the promising materials since it has a high dielectric constant (25~30), a wide band gap (5.2 eV). Second, it is problem about ZnO thin film that is used by active layer. The other researches use heat treatment for fabrication of ZnO thin films with good quality. However, this heat treatment gives restriction in kind of substrate and have a defect that application field is limited because of high process temperature. Third, it is contact problem between ZnO and source/drain electrode. High charge injection barrier is formed due to the difference of workfunction between ZnO and electrode. It can cause the decline of ZnO-TFT performance. This research progressed with three themes to solve these problems and improve ZnO-TFT's performance. First, we used ZrO₂ as gate dielectric layer. We fabricated ZrO₂ thin films of good quality by RF sputtering method with controlling plasma effect and partial pressure of N2O. Second, we fabricated ZnO thin films of good quality by RF sputtering method with controlling plasma effect and partial pressure of O2 on room temperature. Third, we studied on surface modification with InSb to form ohmic contact between ZnO and source/drain electrode.
Recently, the researches about oxide-semiconductor TFT have performed. The reason is that oxide-semiconductor has larger band gap energy than other semiconductor materials. The materials that have large band gap energy have good transmittance. For that reason, oxide-semiconductor TFT could be used in transparent electronics. Among this oxide-semiconductor ZnO is one of the promising materials, since the ZnO-TFT has following advantage. First, it can have higher drive current and frame rate by higher electron mobility than a-Si, and second, it can be applied various application field because glass or plastic can be used as substrate. The reason is that process temperature of the ZnO-TFT is lower than poly-Si TFT. Third, the ZnO is transparent because of large band gap energy. The ZnO-TFT has many advantages, and can be applied in various fields, but it has some problems. First, it is problem about gate dielectric layer. The SiO2 has been generally used as gate dielectric materials because it is easy that the SiO2 is formed on Si. However, the progressive downscaling of complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) devices below 100 nm feature size requires the downscaling of dielectric layer. For that reason, the gate oxide material SiO2 is reaching its limit because of very high gate leakage currents. Therefore, various high-k materials have been studied. Among these materials, ZrO₂ is one if the promising materials since it has a high dielectric constant (25~30), a wide band gap (5.2 eV). Second, it is problem about ZnO thin film that is used by active layer. The other researches use heat treatment for fabrication of ZnO thin films with good quality. However, this heat treatment gives restriction in kind of substrate and have a defect that application field is limited because of high process temperature. Third, it is contact problem between ZnO and source/drain electrode. High charge injection barrier is formed due to the difference of workfunction between ZnO and electrode. It can cause the decline of ZnO-TFT performance. This research progressed with three themes to solve these problems and improve ZnO-TFT's performance. First, we used ZrO₂ as gate dielectric layer. We fabricated ZrO₂ thin films of good quality by RF sputtering method with controlling plasma effect and partial pressure of N2O. Second, we fabricated ZnO thin films of good quality by RF sputtering method with controlling plasma effect and partial pressure of O2 on room temperature. Third, we studied on surface modification with InSb to form ohmic contact between ZnO and source/drain electrode.
주제어
#ZnO ZnO-TFT ZrO2 Indium Work leakage Energy Ohmic
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