[논문]IGZO 박막트랜지스터의 동작특성

이호년; 김형중

doi:10.5762/kais.2010.11.5.1592

IGZO 박막트랜지스터의 동작특성
Operation characteristics of IGZO thin-film transistors 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.11 no.5, 2010년, pp.1592 - 1596

이호년 (순천향대학교 전자정보공학과) , 김형중 (순천향대학교 전자정보공학과)

초록
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IGZO (indium gallium zinc oxide) 박막트랜지스터는, 활성층 채널의 폭과 길이의 비가 고정된 경우에도, 채널 길이가 길어지면 게이트전압에 대한 드레인 전류의 특성곡선이 양의 전압 방향으로 이동하고 전계효과이동도는 낮아졌다. 채널의 길이와 폭이 고정된 상태에서는, 드레인이 전압 높은 경우에 전계효과이동도가 낮고 문턱아래 기울기가 큰 특성을 보였다. 이러한 현상은 IGZO 채널층의 일함수가 커서 소스/드레인 전극과 채널층의 접합부 띠굽음이 규소반도체의 경우와 반대방향으로 나타나는 것에 기인하는 것으로 해석된다.

Abstract ▼ AI-Helper

According to the increase of the channel length with fixed width/length, characteristic curves of drain current as a function of gate bias voltage of indium gallium zinc oxide (IGZO) thin-film transistors moved to a positive direction of gate voltage, and field-effect mobility decreased. In case of fixed length and width of channel, field-effect mobility was lower and subthreshold slope was larger when drain bias voltage was higher. Due to large work function of IGZO, band bending at the junction region between IGZO channel and source/drain electrodes was expected to be in opposite direction to that between silicon and metal electrodes; this could explain the above results.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는, IGZO (indium gallium zinc oxide) 박막트랜지스터 특성의 채널 길이 및 드레인 바이어스 전압 크기에 대한 의존성 연구의 결과를 보고하고자 한다.
본 연구에서는 IGZO 박막트랜지스터의 채널 길이 및 폭, 드레인 전압에 따른 동작특성의 변화를 보이고 설명 하였다. 본 논문의 결과는 IGZO 박막트랜지스터의 특성 연구의 체계화에 기여하여 산화물반도체 박막트랜지스터의 실용화에 도움이 될 것으로 기대한다.
가장자리 경로를 따라 형성되는 전류는 실험결과의 해석에서 오차항으로 작용하게 된다. 전체전류에서 가장자리 경로에 의한 전류가 차지하는 비율은 W/L에 따라 결정될 것이므로, 실험 데이터의 비교는 같은 W/L을 가지는 경우에 대해서 실시하여 결과해석의 오류를 방지하고자 하였다.

제안 방법

이산화규소 게이트 절연막 상부에 50 nm 두께의 IGZO 산화물반도체 박막을 형성하였다. IGZO 박막의 패터닝은 금속제의 쉐도우마스크를 이용하여 성막과 동시에 이루어졌다. IGZO 활성층 상부에 200 nm 두께의 ITO (indium tin oxide) 소스/드레인 전극을 형성하였다.
본 연구에서는 In:Ga:Zn가 1:1:1의 조성을 갖는 타겟을 사용한 RF스퍼터링을 이용하여 IGZO박막을 형성하였다. 스퍼터링은 기판가열 없이 실시되었으며, 공정가스는 아르곤 98.
본 연구에서는 용이한 공정을 위하여 IGZO 활성층의 패턴이 소스/드레인 전극 영역보다 넓은 형태로 제작하였다. 이러한 형태로 인하여 소스 전극에서 드레인 전극으로의 전류 흐름은 소스/드레인 전극 패턴의 사이에서 발생하는 전류에 더해서 소스/드레인 전극의 외측에 형성되는 가장자리 경로를 따라 발생하는 부가적인 전류의합으로 나타난다.
ITO는 RF스퍼터링을 이용하여 상온에서 성막하였으며, 공정 가스는 아르곤 99 %와 산소 1 %를 혼합하여 사용하였다. 소스/드레인 전극의 패터닝은 금속제의 쉐도우마스크를 이용하여 성막과 동시에 이루어졌다. 소자구조를 형성한 후에 진공열처리 과정을 거쳐서 박막트랜지스터를 완성하였다.
열처리 온도는 296℃이었으며 아르곤을 사용하여 열처리 분위기를 조성하였고, 압력은 8 mTorr, 열처리 시간은 1시간 이었다. 완성된 박막 트랜지스터의 동작특성은 대기상태의 암실에서 측정하였다.

대상 데이터

IGZO 박막의 패터닝은 금속제의 쉐도우마스크를 이용하여 성막과 동시에 이루어졌다. IGZO 활성층 상부에 200 nm 두께의 ITO (indium tin oxide) 소스/드레인 전극을 형성하였다. ITO는 RF스퍼터링을 이용하여 상온에서 성막하였으며, 공정 가스는 아르곤 99 %와 산소 1 %를 혼합하여 사용하였다.
IGZO 활성층 상부에 200 nm 두께의 ITO (indium tin oxide) 소스/드레인 전극을 형성하였다. ITO는 RF스퍼터링을 이용하여 상온에서 성막하였으며, 공정 가스는 아르곤 99 %와 산소 1 %를 혼합하여 사용하였다. 소스/드레인 전극의 패터닝은 금속제의 쉐도우마스크를 이용하여 성막과 동시에 이루어졌다.
2 %를 혼합하여 사용하였다. p형 도핑된 규소의 상부에 습식산화 방식으로 300 nm의 이산화규소 박막을 형성한 웨이퍼를 기판으로 사용하였다. 이산화규소는 게이트 절연막으로 이용되었다.
본 연구에 사용된 소자의 구조는 그림 1에 표시되어 있다. 기판 뒷면에 200 nm 두께의 알루미늄 박막을 진공 열증발증착(vacuum thermal evaporation) 방식으로 성막하여 게이트 전극으로 사용하였다. 이산화규소 게이트 절연막 상부에 50 nm 두께의 IGZO 산화물반도체 박막을 형성하였다.
본 연구에서는 In:Ga:Zn가 1:1:1의 조성을 갖는 타겟을 사용한 RF스퍼터링을 이용하여 IGZO박막을 형성하였다. 스퍼터링은 기판가열 없이 실시되었으며, 공정가스는 아르곤 98.8 %와 산소 1.2 %를 혼합하여 사용하였다. p형 도핑된 규소의 상부에 습식산화 방식으로 300 nm의 이산화규소 박막을 형성한 웨이퍼를 기판으로 사용하였다.
기판 뒷면에 200 nm 두께의 알루미늄 박막을 진공 열증발증착(vacuum thermal evaporation) 방식으로 성막하여 게이트 전극으로 사용하였다. 이산화규소 게이트 절연막 상부에 50 nm 두께의 IGZO 산화물반도체 박막을 형성하였다. IGZO 박막의 패터닝은 금속제의 쉐도우마스크를 이용하여 성막과 동시에 이루어졌다.
p형 도핑된 규소의 상부에 습식산화 방식으로 300 nm의 이산화규소 박막을 형성한 웨이퍼를 기판으로 사용하였다. 이산화규소는 게이트 절연막으로 이용되었다. 본 연구에 사용된 소자의 구조는 그림 1에 표시되어 있다.

후속연구

본 연구에서는 IGZO 박막트랜지스터의 채널 길이 및 폭, 드레인 전압에 따른 동작특성의 변화를 보이고 설명 하였다. 본 논문의 결과는 IGZO 박막트랜지스터의 특성 연구의 체계화에 기여하여 산화물반도체 박막트랜지스터의 실용화에 도움이 될 것으로 기대한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	다결정규소 박막트랜지스터의 장단점은?	능동형 유기발광디스플레이에 적용되는 박막트랜지스터는 높은 수준의 전류 공급능력 및 근거리 균일성을 가져야 하며, 낮은 제조원가의 공정이 가능하여야 한다. 다결정규소 박막트랜지스터는 전류공급 능력은 우수하나 근거리 균일성이 취약하고 제조원가가 높은 결점이 있다. 비정질규소 박막트랜지스터의 경우는 우수한 근거리 균일성 및 낮은 제조원가를 가지나 전류공급 능력이 취약하고 쉽게 열화 되는 문제가 있다.
	능동형 유기발광디스플레이에 적용되는 박막트랜지스터의 요구 조건은?	따라서 유기발광디스플레이, 투명디스플레이, 플렉시블 디스플레이 등의 새로운 형태의 능동형 평판디스플레이의 요구에 적절히 대응하기 어려운 상황이다. 능동형 유기발광디스플레이에 적용되는 박막트랜지스터는 높은 수준의 전류 공급능력 및 근거리 균일성을 가져야 하며, 낮은 제조원가의 공정이 가능하여야 한다. 다결정규소 박막트랜지스터는 전류공급 능력은 우수하나 근거리 균일성이 취약하고 제조원가가 높은 결점이 있다.
	능동형 유기발광디스플레이에 비정질 산화물반도체 박막트랜지스터를 실용화하는 연구가 많이 진행된 것은 어떤 특성 때문인가?	비정질산화물반도체 기반의 박막트랜지스터는 비정질 규소 박막트랜지스터에 버금가는 근거리 균일성 및 낮은 제조원가를 가지고 있으며 다결정규소 박막트랜지스터의 특성에 근사하는 전류공급 능력을 보여주었다 [1,2]. 이러한 특성은 능동형 유기발광디스플레이에 매우 적합하므로, 비정질 산화물반도체 박막트랜지스터를 실용화하여 유기발광디스플레이에의 적용하려는 연구가 다수 진행되었다 [3,4].

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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