[논문]Oxide Semiconductor TFT

장성필; 이상렬

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인포메이션 디스플레이 = Information display, v.9 no.1, 2008년, pp.9 - 15

장성필 (한국과학기술연구원) , 이상렬 (한국과학기술연구원)

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문제 정의

Wager 그룹에 의한 Indium-Zinc- Oxide(IZO) 기반의 TFT가 보고된 봐 있으며, Indium의 대체할 Material로써 Tin(Sn)을 사용한 Zinc-Tin-Oxide (ZTO) 에 대한 TFT의 특성과 Passivation에 의한 TFT의 특성변화에 대한 연구결과를 발표하였지만, 매우 Conductive한 특성을 갖는 Sn을 control하는 것 또한 해결해야 할 과제중의 하나이다. 또한 주목할 만한 결과중의하나로써, 기존에 TCO로써 이용되어지던 ITCX Channel 로 사용하고, Gate-insulator# Ferroelectric을 사용함으로써, TFT 특성을 보고하였는데, 이는 Conducting Mate- rial의 또 다른 발전 가능성을 제시한 연구결과라고 볼 수 있다.
이 두 가지는 서로 긴밀한 상호보완적 관계에 있으면서 결코 한 연구기관이나 한 기업체에서 진행할 수 없는 광범위한 연구 인프라 및 정보교류를 필요로 하고 있다. 작년 6월 프랑스의 Strasbourg에서 개최된 저명한 국제학회인 E-MRS에서 저자가 Organizer를 하면서 옆에 앉아 있던 동경공대의 호소노교수가 삼성과 LG등 한국 굴지의 기업에서 IGZO 산화물 반도체를 가지고 디스플레이에 적용한 TFT를 개발하여 결과를 발표하는 것을 보고 본인에게 물어 보며 놀라고 기뻐하는 것을 보았다. 바로 일 년도 채 안 된 이야기이다.

제안 방법

IGZO와 SGZOSnCVG&CkZnO) 의 비교실험을 한 결과에서, IGZO 기반의 소자에 비해 SGZO 기반의 소자의 특성이 비교적 좋지 못한 것으로 결과가 보고 되어지고 있으며, 현재 국내외 많은 기업들에서 IGZO 기반의 소자에 대한 연구가 진행되어지고 있다. 2007년에 삼성 SDI의 김민규박사 그룹과 정재경박사 그리고 박진성박사 그룹에서는 C。-sputtering 통한 IGZO-TFT의 성능향상에 대한 연구결과와 Bottomgate structure의 TFT에 있어서 공정중 IGZO Channel 이 Damage* 입는 것을 방지하기 위한 SiOx를 Etch- stopper로 사용한 연구결과와 Ar plasma treatment# 이용하여 특성을 향상시킨 연구 결과들을 발표하였다. 하지만 IGZO는 Hosono박사가 원천특허를 소유하고 있기 때문에, IGZO를 대체할 수 있는 새로운 oxide semiconductor material0]] 대한 탐색연구도 지속적으로 이루어지고 있다.

성능/효과

TFT를 제작함에 있어서 gate-insulator의 interface layer에서의 charge trap에 의해 hysteresis 현상이 발생하며 결과적으로, threshold voltage가 shift되는 현상에 의해 device가 오동작하는 특성을 해결해야만 한다. 이러한 연구에 대한 일환으로써, 현재 High-k material의 단점을 보완할 수 있는 새로운 gate-insulator structure에 대한 연구로써, multilayer structure와 hybrid structure0]] 대한 연구가 진행되어지고 있으며, 본 연구팀에서는 상당히 고무적인hysteresis width(△▼=0.2V)를 갖는 device에 대한 연구결과를 발표 중에 있으며, 같은 소자에 대해 100번 정도의 반복측정을 했음에도 불구하고 thresh이d voltage는 2.0± 0.5V내에서 크게 벗어나지 않는 획기적인 결과를 확인했다. 향후 진행 되어 질 연구들에서, 앞으로 해결해야 할 부분은, 새로운 oxide-semiconductor에 대한 원천특허 확보, doping mechanism 확립과, doping 기술 개발, 그리고 이를 이용한 소자를 제작함에 있어서 bias와 thermal stress에 의한 stability를 보장할 수 있는 device 구조 설계 및 제작에 대한 연구가 끊임 없이 진행되어야 한다.

후속연구

알 수 있다. 첫째는 산화물 트랜지스터의 공정 개발을 통한 신뢰성 확보 연구이며 둘째는 산화물 반도체 재료에 대한 탐색 연구이다. 이 두 가지는 서로 긴밀한 상호보완적 관계에 있으면서 결코 한 연구기관이나 한 기업체에서 진행할 수 없는 광범위한 연구 인프라 및 정보교류를 필요로 하고 있다.
대한민국은 2007년도 E-MRS를 기점으로 세계에서 산화물 반도체 분야에 논문 발표 편수가 일본을 제치고 일위의 위치를 점하기 시작하였다. 특히, 2008년도에 그리스 크레타 섬에서 개최되는 TCO 2008 (www.tco2008.org) 국제학회 공동의장인 저자를 비롯하여 상당수의 대한민국의 연구기관, 학계, 기업체 연구원들이 초빙을 받아 우수한 연구 결과에 대해 초청연사로 발표할 예정이다. 대한민국은 일본, 미국, 유럽 등과 비교하여 이 분야에 대한 연구환경이 매우 우수한 편이다.
5V내에서 크게 벗어나지 않는 획기적인 결과를 확인했다. 향후 진행 되어 질 연구들에서, 앞으로 해결해야 할 부분은, 새로운 oxide-semiconductor에 대한 원천특허 확보, doping mechanism 확립과, doping 기술 개발, 그리고 이를 이용한 소자를 제작함에 있어서 bias와 thermal stress에 의한 stability를 보장할 수 있는 device 구조 설계 및 제작에 대한 연구가 끊임 없이 진행되어야 한다.

참고문헌 (23)

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김한기, 이지변, '산화아연 반도체의 광전소자 응용을 위한 오믹 접합기술 개발통향' 전기전자재료학회지 Vol. 21, No.2., 15 (2008)
김일두, 홍재민, '저전압 구동 ZnO기반 플렉서블 박막 트랜지스터 소자기술' 전기전자재료학회지 Vol. 21, No.2., 27 (2008)
신선호, '차세대 디스플레이 선두주자-OLED', 전기전자재료학회지 Vol. 21, No.1., 05 (2008)

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