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ZnO 박막트랜지스터의 어닐링 조건에 따른 전류 변화
Current Variation in ZnO Thin-Film Transistor under Different Annealing Conditions 원문보기

반도체디스플레이기술학회지 = Journal of the semiconductor & display technology, v.13 no.1, 2014년, pp.63 - 66  

유덕연 (아주대학교 정보통신대학 전자공학과) ,  김형주 (아주대학교 정보통신대학 전자공학과) ,  김준영 (아주대학교 정보통신대학 전자공학과) ,  조중열 (아주대학교 정보통신대학 전자공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

ZnO is a wide bandgap (3.3 eV) semiconductor with high mobility and good optical transparency. However, off-current characteristics of ZnO thin-film transistor (TFT) need improvements. In this work we studied the variation in ZnO TFT current under different annealing conditions. Annealing usually mo...

주제어

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제안 방법

  • ZnO 박막은 150 nm 두께의 실리콘 산화막 위에 성장된 것이며, p+ Si 기판을 gate로 사용하였다. ZnO 박막 위에 텅스텐 선을 고정시키고 그 위에 shadow mask를 덮고 200 nm 두께의 Al을 증착하여 source와 drain 전극을 제작하였다. 텅스텐 선의 직경은 25 μm이며 이는 TFT 채널 길이 (L)가 되고 채널의 폭 (W)은 500 μm이다.
  • 진공 어닐링은 furnace에서 mechanical pump를 사용하여 36 mTorr 압력에서 300℃ 또는 400℃ 조건에서 30분간 진행하였다. 또한 공기 중에서도 각각의 온도로 30분간 어닐링을 진행하였다. 전류 측정에 사용된 장비는 Keithley 2400 Source Meter이다.
  • 그러나 InGaZnO의 제조방법이 복잡하고 생산원가가 높다는 점이 상용화에 장애가 되고 있다. 본 연구에서는 스퍼터링으로 성장된 ZnO TFT를 진공과 공기 조건에서 300℃ ~ 400℃까지 어닐링하여 off 전류 변화와 전기적 특성 변화를 살펴보고 원인을 분석하였다.

대상 데이터

  • 샘플 A, B는 이산화탄소를 산화제로 사용하였고 샘플 C는 산소를 산화제로 사용하였다. ZnO 박막은 150 nm 두께의 실리콘 산화막 위에 성장된 것이며, p+ Si 기판을 gate로 사용하였다. ZnO 박막 위에 텅스텐 선을 고정시키고 그 위에 shadow mask를 덮고 200 nm 두께의 Al을 증착하여 source와 drain 전극을 제작하였다.
  • 스퍼터링의 고진공은 diffusion pump로 만들어졌고 성장중의 압력은 7 mTorr 였다. 박막성장에는 ZnO 타겟이 사용되었다. 샘플 A, B는 이산화탄소를 산화제로 사용하였고 샘플 C는 산소를 산화제로 사용하였다.
  • 박막성장에는 ZnO 타겟이 사용되었다. 샘플 A, B는 이산화탄소를 산화제로 사용하였고 샘플 C는 산소를 산화제로 사용하였다. ZnO 박막은 150 nm 두께의 실리콘 산화막 위에 성장된 것이며, p+ Si 기판을 gate로 사용하였다.
  • 이 연구에 사용된 ZnO 박막은 rf 스퍼터링으로 성장된 것으로서 자세한 성장조건은 Table 1에 나와있다. 스퍼터링의 고진공은 diffusion pump로 만들어졌고 성장중의 압력은 7 mTorr 였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
ZnO thin-film transistor의 문제점은? 또한 화학적 안정성과 좋은 광 투과율 등으로 인하여 디스 플레이 장치의 신호처리 회로와 발광소자의 투명 전극으로 많은 관심을 받고 있다. 생산 원가도 낮다는 장점이 있으나 ZnO thin-film transistor (TFT)는 off 전류와 on/off ratio를 개선할 필요성이 있다[1,2]. 최근의 연구에서 어닐링을 통해 결정구조의 결함을 제거하고, 개스 흡착을 변화시켜서 on/off ratio와 전기적 특성을 변화 시키는 연구가 있었다[3,4].
최근 ZnO thin-film transistor의 off 전류와 on/off ratio를 개선을 위해 어떤 연구가 있었는가? 생산 원가도 낮다는 장점이 있으나 ZnO thin-film transistor (TFT)는 off 전류와 on/off ratio를 개선할 필요성이 있다[1,2]. 최근의 연구에서 어닐링을 통해 결정구조의 결함을 제거하고, 개스 흡착을 변화시켜서 on/off ratio와 전기적 특성을 변화 시키는 연구가 있었다[3,4]. InGaZnO는 박막이 비정질 이기 때문에 특성이 균일하며 다결정인 ZnO 보다 더 우수한 TFT 특성을 보인다[5].
ZnO의 장점은? ZnO는 넓은 밴드갭 (3.3 eV)을 가지고 있으며, 비정질 실리콘보다 높은 전자이동도를 가지고 있다. 또한 화학적 안정성과 좋은 광 투과율 등으로 인하여 디스 플레이 장치의 신호처리 회로와 발광소자의 투명 전극으로 많은 관심을 받고 있다. 생산 원가도 낮다는 장점이 있으나 ZnO thin-film transistor (TFT)는 off 전류와 on/off ratio를 개선할 필요성이 있다[1,2]. 최근의 연구에서 어닐링을 통해 결정구조의 결함을 제거하고, 개스 흡착을 변화시켜서 on/off ratio와 전기적 특성을 변화 시키는 연구가 있었다[3,4].
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참고문헌 (6)

  1. Jo, J., Seo, O., Choi, H., and Lee, B., "Enhancement-mode ZnO thin-film transistor grown by metalorganic chemical vapor deposition," Applied Physics Express, Vol. 1, p. 041202, 2008. 

  2. Adamopoulos, G., Bashir, A., Thomas, S., Gillin, W.P., Georgakopoulos, Shkunov, M., Baklar, M.A., Stingelin, N., Maher, R.C., and Cohen, L.F., "Spray-Deposited Li-Doped ZnO Transistors with Electron Mobility Exceeding $50cm^{2}$ /Vs," Advanced Materials, Vol. 22, 4764 , 2010. 

  3. Jo, J., Choi, H., Yun, J., Kim, H., Seo, O., and Lee, B.,"Improvement of on/off ratio in ZnO thin-film transistor by using growth interruptions during metalorganic chemical vapor deposition," Thin Solid Films, Vol. 517, 6337, 2009. 

  4. Chu, M.C., Meena, J.S., Liu, P.T., Shieh, H.D., You, H.C., Tu, Y.W., Chang, F.C., and Ko, F.H., "Oxygen Plasma Functioning of Charge Carrier Density in Zinc Oxide Thin-Film Transistors," Applied Physics Express, Vol. 6, 076501, 2013. 

  5. Nomura, K., Ohta, H., Takagi, A., Kamiya, T., Hirano, M., and Hosono, H., "Room-temperature fabrication of transparent flexible thin-film transistors using amorphous oxide semiconductors," Nature, Vol. 432, 488, 2004. 

  6. Erhart, P., Klein, A., and Albe, K., "First-principles study on the structure and stability of oxygen related point defects in zinc oxide," Phys. Rev. B, Vol. 72, 085213, 2005. 

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