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제안 방법
- SiOx/Ta/Ti 3중 버퍼층을 적용한 운모 기판 위에 비정질 실리콘은 증착한 후 결정화하여 다결정 실리콘 박막을 형성하였고, 이러한 시편의 X-선 회절 '분석(Fig. 6(a))과 단면 SEM 관찰 사진을 (Fig.
- 2는 박막 소자 제작 과정에서 피할 수 없는 수분에 대한 노출 및 용액과의 접촉에 대한 박막의 안정성을 살펴보기 위하여, 운모 기판 위에 Ti 박막을 증착하고 이를 DI water에 담근 이후 나타나는 표면 형상을 광학현미경으로 관찰한 사진이다. Ti 박막 증착 시 공정압력은 2, 5, 10, 15, 20mtorr로 변화시켰으며, 각각 50, 100, 300 nm 두께로 증착하였다. 공정압력에 따라 운모 기판 위에 증착된 Ti 박막의 표면 형상이 확연한 차이를 나타내는 것을 알 수 있다.
- 따라서 이러한 표면 접착력 향상을 위하여 반응성이 큰 물질인 타이타늄(Ti)을 운모 기판 위에 접착층으로 적용하였다. 그리고 Ti 접착층의 화학 반응 및 이로 인한 손상을 장지하기 위하여 탄탈륨 (Ta)을 보호층으로 선택하고, 최종적으로 Ti 접착층과 Ta 보호층으로부터 소자가 제작되는 다결정 실리콘 박막으로의 오염을 차단하고 전기적인 차단을 위하여 SiQ을 전기적 차단층으로 사용하였다.
- 그러나 운모 표면에서의 박막의 접착력이 매우 약하여 안정적인 소자의 제작이 어려운 문제를 가지고 있다. 따라서, 기판이 가지는 표면 접착력의 취약점을 개선하고 기판의 보호 및 소자 제작공정에서 발생 가능한 열적, 기계적 응력을 완화하기 위하여 SiOx/Ta/ Ti 3층 구조의 버퍼층을 제시하였으며, 최종적으로 이러한 버퍼층을 적용하여 운모 기판 위에 다결정 실리콘 TFT 소자를 제작한 후 플라스틱 기판으로 소자를 전이하였다.
- 단면 구조를 확인하였다. 또한, AFM (SEA-300HV, PSIA)을 이용하여 버퍼층 표면의 거칠기를 측정하고, 버퍼 층의 조성 분포를 확인하기 위하여 AES (SAM4300, Perkin Elmer) 분석을 시행하였다.
- 본 실험에 사용된 운모 기판은 PET 또는 PES와 같은 플라스틱 기판의 열팽창계수보다 1/7-1/5 정도 낮은 약 10 ppm/℃의 열팽창계수를 갖고 있음을 확인할 수 있었다. 또한, Ti, Ta, SiOx 버퍼층의 열팽창계수는 각각 8.6, 6.3, 3.5~4.1 ppm/℃로, 운모 기판으로부터 약 2ppm/℃ 정도로 각 층의 열팽창계수가 서서히 감소하여 열팽창계수로 인한 스트레스를 최소화할 수 있도록 설계하였다.
- 마그네트론 스퍼터링 방법을 이용하여 상온에서 스퍼터링 파워를 150W로 고정하여 Ti 접착층을 증착하였으며, 공정압력과 증착두께의 변화에 따른 박막의 표면 형상을 관찰하고 접착층으로써의 적용 가능성을 살펴보았다. 또한, Ti 접착층의 증착 이후 Ta 보호층을 4mtorr 의 공정압력에서 50nm의 두께로 in-situ 증착하였다.
- 또한, Ti 접착층의 증착 이후 Ta 보호층을 4mtorr 의 공정압력에서 50nm의 두께로 in-situ 증착하였다. 마지막으로, PECVD* 이용하여 200℃, 400mtorr의 조건에서 300 nm의 SiOx 차단층을 증착하여 SiOx/Ta/Ti 3중 버퍼 층 구조의 시편을 제작하였다.
- 버퍼층의 표면 상태는 광학현미경을 이용하여 관찰하였으며, SEM (PHILIPS XL30SFEQ PHILIPS) 분석으로 단면 구조를 확인하였다. 또한, AFM (SEA-300HV, PSIA)을 이용하여 버퍼층 표면의 거칠기를 측정하고, 버퍼 층의 조성 분포를 확인하기 위하여 AES (SAM4300, Perkin Elmer) 분석을 시행하였다.
- 내식특성을 갖고 있을 뿐만 아니라 층상구조를 이루고 있어 물리적으로 쉽게 분리가 가능한 운모를 기판전이를 위한 기판 소재로 선택하였다. 운모가 가지는 낮은 표면 결합력으로 인한 박막의 박리 현상을 해결하기 위하여 운모 기판 위에 #을 증착하였으며, 15 mtorr 이상의 공정압력에서 50nm의 두께로 증착하여 안정적인 계면접착력을 가지면서 매끄러운 표면을 가지는 Ti 접착층이 형성됨을 확인하였다. 또한, Ti 접착층과 SiOx 차단층 사이에 50nm의 Ta 층을 형성함으로써 열처리 공정 동안의 Ti와 SiQ의 반응 및 Ti의 확산을 억제할 뿐만 아니라, Si。* 내에 존재하는 결함들을 통해 유입된 etchant와의 반응으로 인한 Ti 접착층의 손상을 방지할 수 있었다.
- 또한, Ti 접착층과 SiOx 차단층 사이에 50nm의 Ta 층을 형성함으로써 열처리 공정 동안의 Ti와 SiQ의 반응 및 Ti의 확산을 억제할 뿐만 아니라, Si。* 내에 존재하는 결함들을 통해 유입된 etchant와의 반응으로 인한 Ti 접착층의 손상을 방지할 수 있었다. 최종적으로 SiOx/Ta/Ti 3층 구조의 버퍼층이 적용된 운모 기판 위에 금속유도결정화 방법으로 다결정 실리콘 박막을 형성하고, 플렉시블 디스플레이용 다결정 실리콘 TFT 소자를 제작하여 플라스틱 기판으로 전이하였다.
- analyzer)를 이용하여 15X5 mn? 크기의 운모 기판의 열팽창계수를 40~200℃ 범위에서 측정하였다. 본 실험에 사용된 운모 기판은 PET 또는 PES와 같은 플라스틱 기판의 열팽창계수보다 1/7-1/5 정도 낮은 약 10 ppm/℃의 열팽창계수를 갖고 있음을 확인할 수 있었다.
대상 데이터
- 유연하면서 내열.내식특성을 갖고 있을 뿐만 아니라 층상구조를 이루고 있어 물리적으로 쉽게 분리가 가능한 운모를 기판전이를 위한 기판 소재로 선택하였다. 운모가 가지는 낮은 표면 결합력으로 인한 박막의 박리 현상을 해결하기 위하여 운모 기판 위에 #을 증착하였으며, 15 mtorr 이상의 공정압력에서 50nm의 두께로 증착하여 안정적인 계면접착력을 가지면서 매끄러운 표면을 가지는 Ti 접착층이 형성됨을 확인하였다.
- 저하를 가져온다. 따라서 이러한 표면 접착력 향상을 위하여 반응성이 큰 물질인 타이타늄(Ti)을 운모 기판 위에 접착층으로 적용하였다. 그리고 Ti 접착층의 화학 반응 및 이로 인한 손상을 장지하기 위하여 탄탈륨 (Ta)을 보호층으로 선택하고, 최종적으로 Ti 접착층과 Ta 보호층으로부터 소자가 제작되는 다결정 실리콘 박막으로의 오염을 차단하고 전기적인 차단을 위하여 SiQ을 전기적 차단층으로 사용하였다.
- 본 연구에서는 분리막 형성과 같은 추가공정 없이 다결정 실리콘 박막소자의 전이가 가능한 운모(mica)를 기판으로 사용하였다. 운모 기판은 층상구조를 이루고 있어 물리적으로 쉽게 분리되는 특징을 가질 뿐만 아니라, 600℃ 미만의 열처리에 안정하여 다결정 실리콘 박막의 형성이 가능하다.
- 일반적으로 유리 기판을 기반으로 하는 TFT 소자 제작공정을 적용하여 SiOJTa/Ti 3중 버퍼층을 적용한 운모 기판에 다결정 실리콘 TFT 소자를 제작하였다. Fig.
이론/모형
- 6(b))에 나타내었다. 이때 박막 소자의 액티브 영역으로 사용되는 다결정 실리콘 박막은 3중 버퍼층 위에 PECVD 방법으로 300℃에서 비정질 실리콘 박막을 증착하고 소량의 Ni을 함유한 용액을 표면에 도포한 후 550℃에서 15시간 열처리하는 금속 유도 결정화 방법을 이용하여 형성하였다?)Fig. 6(a) 에서 금속유도결정화에 의해 Si (111), (220), (311)의 방위를 나타내는 다결정 실리콘 박막이 형성되었음을 알 수 있으며, 장시간의 열처리에도 Ta과 Ti의 반응에 의한 어떠한 Ta-Ti 화합물 상도 관찰되지 않아 Ta이 보호층으로의 안정적인 역할을 하고 있음을 확인할 수 있다.
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