[논문]박막트랜지스터 구동회로용 ZnO 박막의 구조적 특성에 관한 연구

손지훈; 김상현; 김홍승; 장낙원

doi:10.5916/jkosme.2013.37.1.72

박막트랜지스터 구동회로용 ZnO 박막의 구조적 특성에 관한 연구
The structural characteristics of ZnO thin films for TFT driver circuit 원문보기

한국마린엔지니어링학회지 = Journal of the Korean Society of Marine Engineering, v.37 no.1, 2013년, pp.72 - 77

손지훈 (SK 하이닉스 DRAM개발본부 MM소자F팀) , 김상현 (한국해양대학교 전기전자공학부) , 김홍승 (한국해양대학교 나노반도체공학과) , 장낙원 (한국해양대학교 전기전자공학부)

초록
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RF 마그네트론 스퍼터링법의 스퍼터링 조건에 따른 TFT 구동회로를 위한 ZnO 박막의 구조적 특성에 관해 연구하였다. ZnO 박막은 RF 파워 및 증착압력을 변화시킴으로서 성장시켰다. 구조적 특성은 X-선 회절 분석기(XRD)와 원자력간 현미경(AFM)에 의해 분석되었다. ZnO 박막은 100W의 RF 파워에서 충분한 결정도를 가졌다. 그러나 RF 파워가 증가함에 따라 ZnO 박막의 표면 거칠기가 증가하였고 증착압력이 5mTorr에서 15mTorr로 증가함에 따라 ZnO(002) 피크의 반치폭(FWHM)이 증가하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The effect of sputtering condition on the structural properties of ZnO thin films grown by RF magnetron sputtering system was investigated for TFT driver circuit. ZnO thin films were grown with ZnO target varying RF power and working pressure. Structural properties were investigated by X-ray diffraction (XRD) and atomic force microscope (AFM). The ZnO thin films have sufficient crystallinity on the 100W RF power. But, the surface roughness of ZnO films was increased as increased RF power. As increased working pressure from 5 mTorr to 15 mTorr, a full width at half maximum (FWHM) of ZnO (002) peak was increased.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 UV LED 및 고안정, 고신뢰성 ZnO 박막트랜지스터 구동회로에 관한 연구를 위해 ZnO 박막의 특성에 대한 실험을 선행하였다. ZnO 박막은 상대적으로 가격이 저렴하고 대면적 및 저온성장이 가능한 Sputtering 법을 통해 증착하였다.

제안 방법

RF Sputter System을 이용하여 성장시킨 ZnO 박막의 구조적 특성을 XRD(X-Ray Diffraction), AFM(Atomic Force Microscopy) 측정을 통해 분석하였다.
ZnO 박막은 상대적으로 가격이 저렴하고 대면적 및 저온성장이 가능한 Sputtering 법을 통해 증착하였다. 박막의 증착은 파워와 증착 압력 등 Sputtering 환경을 변화시키며 이에 따른 ZnO 박막의 구조적 특성의 변화 대한 연구를 수행하였다.

대상 데이터

본 연구에서 수행한 박막 증착에는 RF 마그네트론 스퍼터(4" RF-Co Sputter System, NCD Technology)를 사용하였으며 ZnO(4 inch, 99.999%) 4인치 타겟을 사용하였다. ZnO 박막의 성장에는 Si(100) 기판을 사용하였다.

성능/효과

1. 증착 파워를 50 W, 100 W, 150 W로 변화시키면 ZnO 박막을 증착할 경우, 파워가 증가함에 따라 결정성은 좋아지는 경향을 보이며, 그레인 크기는 43 nm에서 160 nm로 크게 증가하였으나 표면 거칠기도 같이 증가하는 것을 알 수 있었다.
2. ZnO 박막 증착 시 증착 압력을 5, 10, 15 mTorr로 증가시킴에 따라 FWHM이 0.3899에서 0.4832로 증가하여 박막의 결정성이 저하되고 그레인 크기는 110 nm에서 47.39 nm로 크게 감소하나 표면 거칠기는 큰 변화가 나타나지 않았다.
3. ZnO 박막은 증착 시 100 W, 5 mTorr 조건에서 ZnO (002) peak의 FWHM는 0.3899, 그레인 크기는 110nm, RMS roughness는 2.3 nm의 표면 특성을 나타내었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	UV LED 제작에 있어 AlN 기반의 재료를 사용하는데 어려움은 무엇인가?	최근 선박의 평형을 유지하기 위해 선박에 유입되는 선박평형수(Ballast water)의 처리방법에 소비전력이 적은 자외선 발광 다이오드(UV LED)를 적용하려는 시도가 이루어지고 있다[1]. UV LED는 AlN 기반의 재료를 사용하여야 하나 격자부정합으로 인한 발광효율이 저하, 온도 민감성, 높은 Al 농도에서의 낮은 성장률 등으로 AlGaN/GaN계를 이용한 UV LED는 제작에 많은 어려움이 있다[2].
	수 소화된 비정질 실리콘을 채널 물질로 사용한 박막트랜지스터의 문제점은 무엇인가?	플렉시블 디스플레이의 active matrix를 위한 구동소자는 수 소화된 비정질 실리콘을 채널 물질로 사용한 박막트랜지스터(hydrogenated amorphous silicon thin film transistor, a-Si:H TFT)가 증착공정이 간단하고 공정비용이 적게들어 주로 사용되고 있다[3]. 그러나 a-Si:H의 경우 비정질 구조에서 생기는 불포화 결합(dangling bond)에 의한 자유전자의 산란 및 포획으로 인해 전자 이동도가 낮으며 빛에 만감한 문제가 있다. 또한 저온 폴리실리콘 TFT는 전기적 특성이 각 화소마다 불균일하고, 장시간 사용 시 트랜지스터의 I-V 특성이 열화 되는 문제가 있다.
	플렉시블 디스플레이의 active matrix를 위한 구동소자로 주로 사용되는 것은 무엇인가?	또한 기존의 디스플레이를 대체할 수 있는 투명하고 유연한 특성을 가지는 차세대 투명 플렉시블 디스플레이(transparent flexible display)에 대한 연구가 국내외에서 활발히 진행되고 있다. 플렉시블 디스플레이의 active matrix를 위한 구동소자는 수 소화된 비정질 실리콘을 채널 물질로 사용한 박막트랜지스터(hydrogenated amorphous silicon thin film transistor, a-Si:H TFT)가 증착공정이 간단하고 공정비용이 적게들어 주로 사용되고 있다[3]. 그러나 a-Si:H의 경우 비정질 구조에서 생기는 불포화 결합(dangling bond)에 의한 자유전자의 산란 및 포획으로 인해 전자 이동도가 낮으며 빛에 만감한 문제가 있다.

참고문헌 (10)

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원문보기 상세보기
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