선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 논문에서는 p채널 다결정 실리콘 박막 트랜지스터 (poly-Si TFT)를 석영기판이 견딜 수 있는 온도에 가까운 950℃의 전형적인 열처리를 통해 활성층 실리콘을 고상화 시켜 고온소자를 제조한 후 전기적 특성 변화를 연구하였다. 특히 소자가 제조된 직후 Vg-Id 특성을 게이트 단자에 +20 V의 역방향에서 -30 V의 순방향으로 전압을 변화시키며, 드레인 전압의 변화에 따라 첫 측정을 진행하고, 이 후 동일 측정모드로 두 번째 재측정을 실시하여 고온소자에서 발생되는 전기적 특성변화를 분석하였다.
제안 방법
- 본 논문에서는 고온에서 제조한 p형 다결정 실리콘 박막 트랜지스터를 제조하여 변화되는 게이트 전압에 의해 발생되는 소자의 전기적 특성변화를 소자의 채널길이 변화에 따라 분석하였다. 그 결과 on전류와 누설전류가 모두 감소하였는데 특히 채널의 길이가 짧아질 때 누설전류의 감소가 현저히 크게 나타났으며, 누설전류의 감소로 on/off전류비의 증가로 나타났다.
- 소자의 측정은 HP4156 반도체 파라미터 분석기와 프루브 스테이션을 이용하였다. 측정 시 소자에 인가한 게이트 최대 전압은 +20--30 V 이었으며, 드레인 최대 전압은 0-+20 V 이었다.
- 그림 4에는 채널의 폭과 길이가 50/50 ㎛인 소자의 첫 측정과 두 번째 측정 후 드레인 전압에 의해 발생하는 누설전류 현상을 확대하여 나타내었다. 측정 시 소자에 인가되는 전압의 순서는 Vd= 1 V로 고정시킨 후 Vg= +20 V에서 -30 V로 변화시켜 측정하고, 드레인 전압을 Vd= +5 V와 10 V 로 증가시키며 측정을 한 후 다시 드레인 전압을 Vd= 1 V부터 재 측정하였다. 측정결과 재측정 시 누설전류는 초기측정보다 더 낮은 값을 나타내었다.
- 측정 시 소자에 인가한 게이트 최대 전압은 +20--30 V 이었으며, 드레인 최대 전압은 0-+20 V 이었다. 측정순서는 게이트 단자에 역방향 전압인 +20 V에서 측정을 시작해 순방향 전압 -30 V으로 변화시키되 드레인 전압의 변화에 따라 측정을 실시하여 첫 측정을 마친 후 동일조건으로 두 번째의 측정이 되도록 유도하였으며, 측정결과를 통해 소자의 변화된 전기적 특성을 비교분석하였다. 제조된 소자의 평면사진을 고배율 광학현미경을 이용해 그림 1에 나타내었으며, 그림 2에는 게이트 부위 패턴을 SEM (scanning electron microscope)촬영을 하여 나타내었다.
- 본 논문에서는 p채널 다결정 실리콘 박막 트랜지스터 (poly-Si TFT)를 석영기판이 견딜 수 있는 온도에 가까운 950℃의 전형적인 열처리를 통해 활성층 실리콘을 고상화 시켜 고온소자를 제조한 후 전기적 특성 변화를 연구하였다. 특히 소자가 제조된 직후 Vg-Id 특성을 게이트 단자에 +20 V의 역방향에서 -30 V의 순방향으로 전압을 변화시키며, 드레인 전압의 변화에 따라 첫 측정을 진행하고, 이 후 동일 측정모드로 두 번째 재측정을 실시하여 고온소자에서 발생되는 전기적 특성변화를 분석하였다.
- 공정순서는 다음과 같다. 활성층의 영역을 형성시키기 위해 마스크 얼라이너를 이용한 사진공정과 RIE (reactive ion etch)방법을 이용하였으며, 이 후 게이트 산화막과 게이트 전극을 동시에 ICP (inductively coupled plasma)방식으로 식각하여 형성시켰다. 제조된 소자의 크기는 폭의 크기를 50 ㎛로 고정하고 채널의 길이를 8～50 ㎛로 다변화 시켰으며, 소자의 구조는 전형적인 MOS (metal oxide semiconductor)구조이었다.
대상 데이터
- 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 제조공정에 사용된 기판은 석영 (quartz)이었으며 제조된 최종결과는 다음과 같다. 활성층 실리콘의 두께는 500 Å, 게이트 실리콘 산화막의 두께는 1000 Å, 게이트 실리콘전극의 두께는 1000 Å이었다.
- 활성층의 영역을 형성시키기 위해 마스크 얼라이너를 이용한 사진공정과 RIE (reactive ion etch)방법을 이용하였으며, 이 후 게이트 산화막과 게이트 전극을 동시에 ICP (inductively coupled plasma)방식으로 식각하여 형성시켰다. 제조된 소자의 크기는 폭의 크기를 50 ㎛로 고정하고 채널의 길이를 8～50 ㎛로 다변화 시켰으며, 소자의 구조는 전형적인 MOS (metal oxide semiconductor)구조이었다.
- 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 제조공정에 사용된 기판은 석영 (quartz)이었으며 제조된 최종결과는 다음과 같다. 활성층 실리콘의 두께는 500 Å, 게이트 실리콘 산화막의 두께는 1000 Å, 게이트 실리콘전극의 두께는 1000 Å이었다. 절연산화막, 금속전극 및 패시베이션용 산화막의 두께는 모두 1 ㎛이었다.
이론/모형
- 게이트 전극은 LPCVD방법으로 625℃에서 다결정 실리콘을 증착하였다. 절연산화막과 패시베이션 산화막은 PECVD (plasma enhanced chemi cal vapor deposition)방법으로 450℃에서 증착하고, 금속전극은 직류마그네트론 스퍼터링 방법으로 1 kW 3 mtorr에서 증착하였다. 최종 금속전극의 얼로이 공정은 450℃ 1hr을 처리하였다.
- 활성층 실리콘의 증착은 LPCVD (low pressure chemical vapor deposition)방법으로 SiH4가스를 550℃에서 열 분해 방법을 이용해 증착시킨 후 하이에너지 이온주 입기를 통해 실리콘 이온을 35 keV, 1.1×1015/cm2 주입 하였다.
성능/효과
- 특히 드레인 전압과 게이트 역전압의 증가에 따라 누설전류가 증가하는 전형적인 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 특성을 나타내었다. 그러나 이러한 측정 후 소자를 재측정 하면 그림 3(b)처럼 Vd= -1 V일 때 on전류의 감소비는 최대 0.2배, 누설전류의 감소비는 최대 71배로 누설전류의 감소가 더 강하게 나타났으며, 특히 채널 길이가 짧아질수록 누설전류는 더 크게 감소되는 것으로 나타났다. 또한 그림 3(c)처럼 드레인 전압이 -5 V로 증가되면 off 전류의 감소비는 8.
- 그림 10에는 전하의 이동도를 채널의 길이변화에 따라 나타내었다. 고온소자의 전자의 이동도는 채널길이의 감소에 의해 감소하는데 비해 게이트 전압의 반복적인 인가에 의해 전자의 이동도는 전체적으로 증가되었다. 이는 게이트 산화막으로 트랩된 전자에 의해 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 활성층에 대전된 정공의 이동도가 개선된 것으로 보이며 또한 채널이 50 ㎛로 긴 경우 문턱전압이 역전된 상황은 gmL/W에 의존하여 변화되므로 전달특성곡선의 변화량보다 채널 길이와 폭의 변화율에 의존해 전자의 이동도가 증가하기 때문인 것으로 보인다.
- 본 논문에서는 고온에서 제조한 p형 다결정 실리콘 박막 트랜지스터를 제조하여 변화되는 게이트 전압에 의해 발생되는 소자의 전기적 특성변화를 소자의 채널길이 변화에 따라 분석하였다. 그 결과 on전류와 누설전류가 모두 감소하였는데 특히 채널의 길이가 짧아질 때 누설전류의 감소가 현저히 크게 나타났으며, 누설전류의 감소로 on/off전류비의 증가로 나타났다. 또한 전달특성곡선의 미세한 개선과, 전자이동도의 증가가 발생하였으나, 문턱전압은 증가하는 것으로 분석되었다.
- 특성을 그림 3(a)에 나타내었다. 드레인 전압의 증가에 따라 on전류는 0.14 ㎃에서 0.99 ㎃로, 최대 누설전류도 0.72 ㎁에서 6.81 ㎁로 드레인 전류는 on과 off 영역에서 모두 증가하는 것으로 나타났다. 특히 드레인 전압과 게이트 역전압의 증가에 따라 누설전류가 증가하는 전형적인 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 특성을 나타내었다.
- 이러한 누설전류의 특성변화의 가장 큰 원인은 다결정 실리콘 박막 트랜지스터에 인가되는 역방향 전압에 의존하는 드레인 영역에서 발생되는 핫 캐리어에 의존한 것으로 예측된다. 또한 순방향 전압의 재인가에 의해 on전류값은 채널의 길이에 구분 없이 원래의 값을 다시 유지하는 것으로 나타나 핫 캐리어의 영향은 순방향 전압에 의해 없어지는 것으로 나타났다.
- 그 결과 on전류와 누설전류가 모두 감소하였는데 특히 채널의 길이가 짧아질 때 누설전류의 감소가 현저히 크게 나타났으며, 누설전류의 감소로 on/off전류비의 증가로 나타났다. 또한 전달특성곡선의 미세한 개선과, 전자이동도의 증가가 발생하였으나, 문턱전압은 증가하는 것으로 분석되었다. 이러한 현상의 주원인으로 게이트 역방향 전압에 의해 활성층 실리콘에서 발생한 핫 캐리어가 게이트 산화막으로의 전자트랩이 발생되고 다시 게이트에 인가된 순방향 전압에 의해 트랩된 전자가 활성층 실리콘으로 디트랩되는 현상을 지목할 수 있었다.
- 그림 7에는 전달특성을 나타내었다. 분석결과 고온 p형 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 측정이 반복됨에 의해 전달특성은 미세하게 개선된 것으로 나타났다. 전달특성곡선은 순방향 전압에 의존해 나타나는 결과로 문턱전압 이상의 게이트 순방향 전압에 의해 활성층 채널에 디 트랩된 전자가 게이트 산화막으로 트랩되며 채널에 대전되는 정공이 단위 게이트 전압의 증가와 병행되어 드레인 전류의 증가를 발생시키고 이로 인해 전달특성곡선의 증가가 발생되는 현상으로 예측된다.
- 이러한 현상은 과거 누설전류 현상을 드레인 영역의 역방향 전압에 의존하는 핫 캐리어나 계면준위로 설명하기에 적합하지 않은 결과로 유추된다. 즉, p형 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 게이트 역방향 전압에 의존하는 핫 캐리어 중 전자가 게이트 산화막으로 트랩된 현상으로 해석하면 누설전류는 더욱 증가된 현상으로 나타나므로 측정된 누설전류 감소와는 상반된 결론이 유추된다. 따라서 이러한 누설전류 감소현상은 측정의 순서에 의존해 게이트 전압이 역방향에서 순방향으로 전환될 때 측정 직전의 상태에 의존해 나타난 핫 캐리어의 현상으로 예측된다.
- 59 V로 변하였다. 채널길이의 감소에 의한 문턱전압 감소현상은 일반적인 단채널 현상과 동일하였으나 전체 문턱전압은 재 측정시의 값이 전체적으로 높게 나타났다. 이는 앞서 분석된 게이트 전압에 의해 활성층 실리콘에서 게이트 산화막으로 주입된 전자들이 게이트 전압이 순방향으로 턴온될 때 채널로 정공이 대전되는 현상을 지연시켜 발생하는 현상으로 누설전류의 감소와 매우 일치하는 현상으로 분석되었다.
- 그림 8에는 on/off 전류비를 채널의 길이변화에 따라 나타내었다. 초기 on/off 전류비는 채널의 길이와 크게 변함이 없었으나 역전압 인가 후의 on/off전류비는 증가하였고, 특히 채널의 길이가 50 ㎛일 때 증가비가 2.19 이었던 것이 8 ㎛로 짧아짐에 따라 on/off 전류비의 증가는 71.7로 더 커지는 것으로 분석되었다. 전달특성곡선의 변화량이 크지 않음에도 불구하고 on/off 전류비의 증가가 발생되는 것은 활성층으로 주입된 전자에 의해 그림 9처럼 누설전류의 감소폭이 on전류의 변화보다는 더욱 크기 때문인 것으로 보인다.
- 측정 시 소자에 인가되는 전압의 순서는 Vd= 1 V로 고정시킨 후 Vg= +20 V에서 -30 V로 변화시켜 측정하고, 드레인 전압을 Vd= +5 V와 10 V 로 증가시키며 측정을 한 후 다시 드레인 전압을 Vd= 1 V부터 재 측정하였다. 측정결과 재측정 시 누설전류는 초기측정보다 더 낮은 값을 나타내었다. 이러한 현상은 과거 누설전류 현상을 드레인 영역의 역방향 전압에 의존하는 핫 캐리어나 계면준위로 설명하기에 적합하지 않은 결과로 유추된다.
- 81 ㎁로 드레인 전류는 on과 off 영역에서 모두 증가하는 것으로 나타났다. 특히 드레인 전압과 게이트 역전압의 증가에 따라 누설전류가 증가하는 전형적인 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 특성을 나타내었다. 그러나 이러한 측정 후 소자를 재측정 하면 그림 3(b)처럼 Vd= -1 V일 때 on전류의 감소비는 최대 0.
후속연구
- 이러한 현상의 주원인으로 게이트 역방향 전압에 의해 활성층 실리콘에서 발생한 핫 캐리어가 게이트 산화막으로의 전자트랩이 발생되고 다시 게이트에 인가된 순방향 전압에 의해 트랩된 전자가 활성층 실리콘으로 디트랩되는 현상을 지목할 수 있었다. 그러나 고온에서 제조된 p형 다결정 실리콘 박막트랜지스터의 반복측정에 의해 변화되는 전기적 특성은 열화현상으로 확대되어 나타남으로 USN용 센서와 구동회로의 집적화를 위해서는 이러한 소자의 특성을 감안하여 적용시켜야 할 것으로 사료되며 이러한 열화현상을 개선시키기 위한 추가적인 구조 및 설계연구가 필요할 것으로 사료된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.