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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 활성층 두께 및 후열처리 온도가 IGZO-TFT의 전기적 특성에 미치는 영향을 정확히 지적하고 그에 대한 원인을 벌크 및 계면 트랩(trap) 농도 변화의 견지에서 규명하고자 한다.
제안 방법
- RF 마그네트론 스퍼터법을 이용하여 서로 다른 활성층 두께 및 후열처리 온도를 갖는 비정질 IGZO-TFT를 제작하였고, SS, 전계효과 이동도 및 on/off current와 같은 박막트랜지스터의 전기적 특성을 측정하였다. 활성층 두께 및 후열처리 온도에 따른 전기적 특성의 변화는 IGZO-TFT 내의 벌크 트랩 및 계면 트랩을 견지에서 설명되었다.
- 또한 RF 마그네트론 (magnetron) 스퍼터링법을 이용하여 SiO2 위에 각각 20, 60 및 100 nm의 두께를 갖는 비정질 IGZO 활성층을 증착하였다.
- 또한 박막트랜지스터가 대기로 노출되는 것을 보호하기 위해 poly (methyl methacrylate) (PMMA) 유기물을 이용하여 패시베이션 공정을 진행하였다.
- 이와 같은 방법으로 채널의 길이 (length) 및 채널 폭 (width)이 각각 50 μm과 350 μm인 박막트랜지스터를 제작하였다.
- 채널 (channel) 및 소스/드레인 전극의 형성은 일반적으로 사용되는 리소그래피 방법과 1%의 묽은 염산을 이용하여 진행되었다. 이와 같은 방법으로 채널의 길이 (length) 및 채널 폭 (width)이 각각 50 μm과 350 μm인 박막트랜지스터를 제작하였다.
- 채널층의 두께는 α-step (AMBIOS, XP-2)를 이용하여 측정하였고, 박막트랜지스터의 전기적 특성은 semiconductor parameter analyzer (Keithley 4200)를 이용하여 상온에서 측정하였다.
대상 데이터
- 먼저, 낮은 비저항 (∼10-4 Ωcm)을 갖는 p-type의 실리콘 (p-Si)기판을 게이트 전극 (gate electrode)으로 사용하였다.
이론/모형
- Si 기판 위에는 200 nm 두께의 비정질 SiO2 막을 열화학기상증착법 (thermal chemical vapor deposition)으로 증착하여 게이트 절연막 (gate insulator)으로 사용하였다.
- 소스 (source) 및 드레인 (drain) 전극으로 10 nm 두께의 Ti와 50 nm 두께의 Au를 2층 구조로 증착하여 사용하였으며, 증착은 각각 전자빔 증착법 (electron beam evaporation)과 열증착법 (thermal evaporation)을 이용하여 진행되었다.
성능/효과
- (c)와 같이 세 가지 활성층 두께 조건에서, 열처리 온도가 150℃에서부터 350℃로 증가함에 따라, 그림 1과 같은 선형적인 SS의 변화는 보이지 않았으며, 주로 turn-off 전압의 음의 방향으로의 이동만이 확인되었다.
- (c)와 같이 세가지 열처리 온도조건에 대해서, 활성층의 두께를 20 nm로부터 100 nm까지 증가시킬 때, 특성곡선의 subthreshold swing (SS)은 선형적으로 점점 향상됨을 확인할 수 있었다.
- IGZO 활성층의 두께가 증가하면서, 전체 트랩은 감소하여 SS 값은 낮아지고 자유전자 밀도는 상대적으로 증가하여 문턱전압 (threshold voltage)이 음의 방향으로 이동하면서 동시에 on-current가 증가하였다.
- 결과적으로, IGZO 벌크 트랩 감소에 의해 on-current가 증가하였고, 따라서 전계효과 이동도가 향상되었다.
- 따라서 활성층의 두께와 후열처리 온도는 IGZO-TFT의 전기적 특성에 서로 다른 영향을 미치고 있으며, 이들의 변화는 모두 트랩 변화와 연관되어 있음을 확인할 수 있었다.
- 또한 열처리 온도가 증가함에 따라, on-current 및 off-current가 증가하는 경향을 확인할 수 있었다.
- 또한 후열처리 온도가 증가함에 따라, SS는 거의 변하지 않았으며, on-current와 전계효과 이동도는 증가하였다.
- 먼저, IGZO 활성층 두께가 증가하게 되면, SS 값은 선형적으로 감소하였고, on-current 및 전계효과 이동도는 증가하였다.
- 무엇보다, 후열처리 온도가 증가하면서, off-current가 감소한다는 것을 관찰하였다.
- 이와 같은 결과로부터, IGZO-TFT에 대한 150℃에서 350℃ 사이에서의 열처리는 주로, 계면 트랩보다는 IGZO 벌크 트랩을 감소시킨다는 것을 확인할 수 있었다.
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