마이크로웨이브를 이용한 용액공정 기반 InZnO 박막 트랜지스터의 안정성 개선에 관한 연구 Improvement in long-term stability of solution-processed InZnO thin-film transistor (TFT) by microwave irradiation원문보기
본 연구에서 고 신뢰성의 산화물반도체 기반의 차세대 backplane device 적용을 위해, 용액공정 방법을 이용하여 indium-zinc-oxide(IZO) thin-film transistor (TFT)를 제작하고 열처리 온도와 indium (In) : ...
본 연구에서 고 신뢰성의 산화물반도체 기반의 차세대 backplane device 적용을 위해, 용액공정 방법을 이용하여 indium-zinc-oxide(IZO) thin-film transistor (TFT)를 제작하고 열처리 온도와 indium (In) : zinc (Zn) 비율에 따른 IZO TFT의 특성 변화를 관찰하였다. 또한 제작된 소자에 대해 30일 동안 air 분위기에 노출된 시간에 따라 aging 효과를 조사하였다. Aging 효과는 용액공정 기반의 IZO TFT의 전기적 전달 특성 (electrical transfer curve)의 변화를 통해 관찰 하였다. Aging 효과를 개선시키기 위하여 post-treatment로서 microwaveirradiation (MWI) 열처리를 적용하여 conventional furnace 열처리와 비교 평가하였다. IZO TFT는 furnace 열처리 온도가 증가할수록 높은 전기적 특성을 보이며 In의 비율이 높을수록 drain saturation current가 높게 나타났다. 그러나 air 분위기 (상압, 상온)에 노출된 시간에 따라 threshold 전압 (Vth)이 negative 방향으로 변화하고, subthreshold swing (SS)이 증가하는 현상을 보이며 급격한 특성 변화가 나타났다. 이 때 Vth와 SS의 변화 폭은 In의 비율이 증가할수록 커지는 것을 확인하였다. 반면, MWI 열처리는 air 분위기에 노출된 시간에 따른 Vth와 SS의 특성 변 화를 발생시키지 않았다. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) 분석을 통해, MWI 열처리가 metal oxide (M-O) 결합을 돕는 한편 oxygen vacancy(Vo)와 metal-hydroxide (M-OH) 결합 형성을 억제하는 것을 확인하였다. MWI 처리 결과 air 분위기에서의 aging 효과에 안정성을 보일 뿐만 아니라, 게이트 전압 스트레스 (gate biasstress )에 의한 Vth 변화가 작아, 뛰어난 내구성을 보였다. 추가적으로 IZO 박막을 투명 전자기기로의 적용 가능성을 평가하기 위하여 유리 기판위에 형성 후, 광학적 투과도 특성을 측정하였다. IZO 박막은 가시광선 영역에서 80 % 이상의 우수한 투과율을 보이는 것으로 나타났다. 위와 같은 결과는 IZO 박막을 투명 소자에 적용 가능하며, MWI 방식의 post treatment 기술이 고 신뢰성을 갖는 차세대 디스플레이 backplane TFT 제작의 핵심 기술이 될 것으로 기대된다.
본 연구에서 고 신뢰성의 산화물반도체 기반의 차세대 backplane device 적용을 위해, 용액공정 방법을 이용하여 indium-zinc-oxide(IZO) thin-film transistor (TFT)를 제작하고 열처리 온도와 indium (In) : zinc (Zn) 비율에 따른 IZO TFT의 특성 변화를 관찰하였다. 또한 제작된 소자에 대해 30일 동안 air 분위기에 노출된 시간에 따라 aging 효과를 조사하였다. Aging 효과는 용액공정 기반의 IZO TFT의 전기적 전달 특성 (electrical transfer curve)의 변화를 통해 관찰 하였다. Aging 효과를 개선시키기 위하여 post-treatment로서 microwave irradiation (MWI) 열처리를 적용하여 conventional furnace 열처리와 비교 평가하였다. IZO TFT는 furnace 열처리 온도가 증가할수록 높은 전기적 특성을 보이며 In의 비율이 높을수록 drain saturation current가 높게 나타났다. 그러나 air 분위기 (상압, 상온)에 노출된 시간에 따라 threshold 전압 (Vth)이 negative 방향으로 변화하고, subthreshold swing (SS)이 증가하는 현상을 보이며 급격한 특성 변화가 나타났다. 이 때 Vth와 SS의 변화 폭은 In의 비율이 증가할수록 커지는 것을 확인하였다. 반면, MWI 열처리는 air 분위기에 노출된 시간에 따른 Vth와 SS의 특성 변 화를 발생시키지 않았다. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) 분석을 통해, MWI 열처리가 metal oxide (M-O) 결합을 돕는 한편 oxygen vacancy(Vo)와 metal-hydroxide (M-OH) 결합 형성을 억제하는 것을 확인하였다. MWI 처리 결과 air 분위기에서의 aging 효과에 안정성을 보일 뿐만 아니라, 게이트 전압 스트레스 (gate bias stress )에 의한 Vth 변화가 작아, 뛰어난 내구성을 보였다. 추가적으로 IZO 박막을 투명 전자기기로의 적용 가능성을 평가하기 위하여 유리 기판위에 형성 후, 광학적 투과도 특성을 측정하였다. IZO 박막은 가시광선 영역에서 80 % 이상의 우수한 투과율을 보이는 것으로 나타났다. 위와 같은 결과는 IZO 박막을 투명 소자에 적용 가능하며, MWI 방식의 post treatment 기술이 고 신뢰성을 갖는 차세대 디스플레이 backplane TFT 제작의 핵심 기술이 될 것으로 기대된다.
In this work, we fabricated the solution-processed indium-zinc-oxide (IZO) thin-film transistor according to annealing temperature and In: Zn composition ratio. Also, we investigated the aging effect on IZO TFT with exposure time in an air environment for 30 days. Aging effect was observed by compar...
In this work, we fabricated the solution-processed indium-zinc-oxide (IZO) thin-film transistor according to annealing temperature and In: Zn composition ratio. Also, we investigated the aging effect on IZO TFT with exposure time in an air environment for 30 days. Aging effect was observed by comparing the electrical transfer curve of IZO TFT. In order to improve the aging effect, microwave irradiation (MWI) for post-treatment annealing was introduced as an alternative to conventional thermal annealing and both methods were compared. The electrical characteristics of IZO TFT was increased according to annealing temperature and higher In ratio. However, a dramatic shift in threshold voltage (Vth) and degradation in subthreshold slope values (SS) were observed in devices treated with thermal annealing, whereas the degradation was improved in devices treated with MWI annealing. The improved values were different according to the In: Zn composition ratio. The MWI annealing not only assists with intermolecular bonding, but also suppresses the formation of oxygen vacancy (Vo) and the oxygen in hydroixde (M-OH) from the X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis. The samples annealed by MWI exhibited superior long-term stability in an air environment as well as reliability against gate bias stress. Furthermore, transmittance of the IZO thin films remain as high as 80 % in visible light region. We believe that MWI may be promising for fabrication of devices based on flexible and transparent electronics with the merits of low-temperature processing and excellent electrical performance.
In this work, we fabricated the solution-processed indium-zinc-oxide (IZO) thin-film transistor according to annealing temperature and In: Zn composition ratio. Also, we investigated the aging effect on IZO TFT with exposure time in an air environment for 30 days. Aging effect was observed by comparing the electrical transfer curve of IZO TFT. In order to improve the aging effect, microwave irradiation (MWI) for post-treatment annealing was introduced as an alternative to conventional thermal annealing and both methods were compared. The electrical characteristics of IZO TFT was increased according to annealing temperature and higher In ratio. However, a dramatic shift in threshold voltage (Vth) and degradation in subthreshold slope values (SS) were observed in devices treated with thermal annealing, whereas the degradation was improved in devices treated with MWI annealing. The improved values were different according to the In: Zn composition ratio. The MWI annealing not only assists with intermolecular bonding, but also suppresses the formation of oxygen vacancy (Vo) and the oxygen in hydroixde (M-OH) from the X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis. The samples annealed by MWI exhibited superior long-term stability in an air environment as well as reliability against gate bias stress. Furthermore, transmittance of the IZO thin films remain as high as 80 % in visible light region. We believe that MWI may be promising for fabrication of devices based on flexible and transparent electronics with the merits of low-temperature processing and excellent electrical performance.
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