[논문]ZnO 박막 두께에 따른 ZnO 박막 트랜지스터의 특성

김홍승; 정재현

문제 정의

식 (1)에 따르면 누설전류를 감소시키기 위해서는 ZnO 채널층의 두께。)를 최적화 시킬 필요가 있다. 그러므로, 본문에서 우리는 채널층의 두께에 따른 ZnO-TFT 의 특성을 조사하고 ZnO 채널층의 최적화 두께를 찾고자 한다. 이러한 목적으로 ZnO 채널층은 30nm에서 150nm의 두께 변화와 함께 R.

제안 방법

Si(100)기판 위에 포토리소그래피 공정을 통해 5nm 두께의 TiN 게이트 전극을 형성하고 게이트 절연체로써 저압화 학기상 증착법 (Low Presure Chemical Vapor Deposition, LPCVDX 이용하여 350°C 온도에서 300nm 두께의 저온 산화물 (Low Temperautrue Oxide, LTO)을 증착하였다. LTO의 성장에서 원료 물질로 실레인(SiFL)과。2를 사용하였고 그들의 유량은 각각 160sccm과 260sccm로 하였다.
증착후, ZnO 박막은 전극과의 오믹 접촉을 위하여 300°C에서 질소분위기 퍼니스에서 15분동안 열처리되었다. ZnO 박막의 구조적 특성들은 atomic force micro scope (AFM), X-ray diffraction (XRD) 과 transmission electron microscope (TEM) 으로 관찰하였고 ZnO TFT 의 전기적 특성들은 semiconductor parameter analyzer (Agilent 4155C) 로 측정되었다.
증착시간은 5분, 10분, 15분, 20분으로 변화를 주었다. 박막의 두께는 alpha step (Dektak 3st)을 이용하여 측정하였다. 증착후, ZnO 박막은 전극과의 오믹 접촉을 위하여 300°C에서 질소분위기 퍼니스에서 15분동안 열처리되었다.
그러므로, 본문에서 우리는 채널층의 두께에 따른 ZnO-TFT 의 특성을 조사하고 ZnO 채널층의 최적화 두께를 찾고자 한다. 이러한 목적으로 ZnO 채널층은 30nm에서 150nm의 두께 변화와 함께 R.F. 스퍼터를 이용하여 상온 증착을 하였다.
증착시에는 RF 파워는 200W, Ar 가스의 유량은 70sccm과 챔버내의 압력은 7m Torr였다. 증착시간은 5분, 10분, 15분, 20분으로 변화를 주었다. 박막의 두께는 alpha step (Dektak 3st)을 이용하여 측정하였다.

대상 데이터

성장에서 원료 물질로 실레인(SiFL)과。2를 사용하였고 그들의 유량은 각각 160sccm과 260sccm로 하였다. 소스와 드레인 전극은, 50nm 두께의 Au/Ti층을 e-beam evaporation로 증착되었고, lift off 방법으로 형성하였다.
본 실험에서 우리는 bottom-gate와 bottom-contact 방식의 TFT를 제작했다. [그림 1]은 본 실험에서 제작된 ZnO-TFT의 단면 구조도이다.
소스와 드레인 전극은, 50nm 두께의 Au/Ti층을 e-beam evaporation로 증착되었고, lift off 방법으로 형성하였다. 여러 크기 채널과 폭의 소자를 함께 제작하였으나 그 중 측정한 소자는 채널의 폭 (W)은 25(Mm이고 채널의 길이는 50/m였다. [그림 2]는 TFT의 광학적 이미지와 AFM 이미지를 나타낸다.

이론/모형

LTO의 성장에서 원료 물질로 실레인(SiFL)과。2를 사용하였고 그들의 유량은 각각 160sccm과 260sccm로 하였다. 소스와 드레인 전극은, 50nm 두께의 Au/Ti층을 e-beam evaporation로 증착되었고, lift off 방법으로 형성하였다. 여러 크기 채널과 폭의 소자를 함께 제작하였으나 그 중 측정한 소자는 채널의 폭 (W)은 25(Mm이고 채널의 길이는 50/m였다.

성능/효과

30nm와 55nm의 채널두께를 가지는 TFT는 off 상태에서 드레 인 전류는 거의 나타나지 않고, enhancement- mode에서 작동하며, 96nm와 150nm 두께의 채널을 가지는 TFT는 off 상태에서도 높은 드레인 전류가 흐르고 VDS가 0V와 positive gate voltage 경우에는, negative drain 전류가 흐르는 것을 확인할 수 있다. 이것은 채널층의 두께 증가는 높은 off-current를 유도한다.
R.F. sputter를 이용하여 상온에서 증착된 ZnO가 활성 채널 층으로 사용되었고, ZnO-TFT의 누설전류가 채널 층의 두께 조절에 의해 감소될 수 있음을 보여준다. 또한 채널 충의 두께가 55nm일 때 TFT의 특성이 가장 안정적임을 나타낸다.
80XILA이었다. saturation current 와 관련하여, 30nrn의 채널 두께를 가지는 TFT가 4X10-7 A로 가장 낮은 saturation current를 가지고, 반면에 다른 채널 두께의 TFT는 10~6—lO^A의 saturation current 값을 가졌다. 채널층의 두께 증가는 채널층의 저항 감소와 연관하여, 소스와 드레인올 통과하는 전자들의 유동량 증가를 유도한다.
여기서 mmXl“m 크기의 scanning 방법을 통해, 그레인 크기는 각각 30nm 두께의 채널에서는 92nm, 55nm 두께의 채널층에서는 143nm, 96nm 두께의 채널층에서는 124 nm로 확인되었다. 그레인 크기는 두께의 증가에 비례하지 않는 것으로 관찰되었다.
이 결함들은 다른 이전 결과들百, 이과 비교하여 모든 시료에서 걸쳐 전계 효과 이동도 lcm7V-s 이하로 상대적으로 낮은 이동도 갖게 하는데 기여하는 것으로 사료된다. 한편 AFM을 통하여 얻은 표면 거칠기는 2.

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