[논문]Soft-Baking 처리를 통한 용액 공정형 In-Zn-O 박막 트랜지스터의 전기적 특성 향상

김한상; 김성진

doi:10.4313/jkem.2017.30.9.566

Soft-Baking 처리를 통한 용액 공정형 In-Zn-O 박막 트랜지스터의 전기적 특성 향상
Improvement in Electrical Characteristics of Solution-Processed In-Zn-O Thin-Film Transistors Using a Soft Baking Process 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.30 no.9, 2017년, pp.566 - 571

Abstract ▼ AI-Helper

A soft baking process was used to enhance the electrical characteristics of solution-processed indium-zincoxide (IZO) thin-film transistors (TFTs). We demonstrate a stable soft baking process using a hot plate in air to maintain the electrical stability and improve the electrical performance of IZO TFTs. These oxide transistors exhibited good electrical performance; a field-effect mobility of $7.9cm^2/Vs$, threshold voltage of 1.4 V, sub-threshold slope of 0.5 V/dec, and a current on/off ratio of $2.9{\times}10^7$ were measured. To investigate the static response of our solutionprocessed IZO TFTs, simple resistor load type inverters were fabricated by connecting a resistor (5 or $10M{\Omega}$). Our IZO TFTs, which were manufactured using the soft baking process at a baking temperature of $120^{\circ}C$, performed well at the operating voltage, and are therefore a good candidate for use in advanced logic circuits and transparent display backplanes.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

따라서 본 연구에서는 90, 120, 150℃의 비교적 낮은 온도에서의 soft baking 과정을 통해 제조된 용액 공정 기반 IZO TFT의 전기적 특성을 분석하였고, soft baking 열처리 온도가 IZO TFT의 전기적 특성에 미치는 영향을 조사하였다.
본 논문에서는 높은 전기적 성능을 가지는 IZO TFT 에 대해서 비교적 저온의 다양한 온도에서의 soft baking 공정의 효과에 대해 분석하였다. IZO 박막은 경제적이고 간단한 공정 과정인 용액 공정을 통해서 제작되었으며, 90, 120, 150℃에서의 soft baking을 통해서 얻은 전기적 특성에 대한 비교 분석을 진행하였다.

제안 방법

본 논문에서는 높은 전기적 성능을 가지는 IZO TFT 에 대해서 비교적 저온의 다양한 온도에서의 soft baking 공정의 효과에 대해 분석하였다. IZO 박막은 경제적이고 간단한 공정 과정인 용액 공정을 통해서 제작되었으며, 90, 120, 150℃에서의 soft baking을 통해서 얻은 전기적 특성에 대한 비교 분석을 진행하였다. 결과적으로 120℃의 저온에서 soft baking을 진행한 IZO TFT가 7.
그 후 기판에 박막을 제작하기 위해서 준비한 IZO 용액을 30초 동안 1,500 rpm으로 스핀 코팅(spin coating)을 진행하여 IZO 산화물 박막을 30 nm의 두께로 기판에 증착하였다. 스핀 코팅 후 박막을 공기 중의 hot plate 상에서 각각 90, 120, 150℃로 20분 동안 soft baking을 진행하여 용매를 증발시키고 Si 웨이퍼에 대한 접착력을 향상시켰다. 이후 vacuum furnace에서 2시간 동안 400℃로 hard baking을 진행하였다.
위 결과를 바탕으로 실온의 암실에서 반도체 파라미터 분석기인 Agilent 1500B를 사용하여 제조한 IZO TFT의 파라미터를 추출하여 전기적 성능을 측정하였다.
제작한 산화물 반도체를 기반으로 한 트랜지스터 소자의 특성을 평가하기 위해 I-V curve를 측정한 후 제작 한 소자를 이용하여 부하 저항으로 5, 10 MΩ의 저항과 supply voltage (V_DD) 3 V로 load type inverter [20,21]를 구성한 후 static test를 진행하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 metal-insulator-semiconductor 구조의 트랜지스터를 제작하였으며 [19], 소자의 기판으로는 고농도 n-type Si (silicon) 웨이퍼 기판을 사용 하였다. 그림 1에서는 본 실험에서 기판 상에 IZO 활 성층 기반의 상부-전극(top-contact), 하부-게이트(bottomgate) 구조로 제작한 소자를 간략하게 나타낸다.
용액 공정 기반의 IZO 산화물 활성층을 제작하기 위해서는 시약으로 0.1 M indium nitrate hydrate [In(NO₃)₃․ • H₂O]와 0.1 M zinc acetate dehydrate[Zn(CH₃COO)₂·2H₂O]를 사용하여 프리커서 용액을 제조하였다. 먼저 93 mg의 indium 분말을 시약병에 넣은 후 용매로서 2.

성능/효과

와 mobility, on/off current ratio 수치를 나타내는 그래프이다. 150℃에서의 soft baking 공정을 진행한 IZO TFT는 프리커서의 분해를 위해 더 높은 soft baking 온도를 가했음에도 불구하고 전기적 특성에서 이보다 낮은 온도에서 soft baking을 진행 한 경우보다 많은 향상을 보이지 않는 것을 확인할 수 있었다. 결과적으로 그림 3의 파라미터 값을 비교한 후, 120℃의 hot plate 온도가 다른 soft baking 온도 로 진행된 소자들 보다 가장 두드러지는 특성이 나오는 것을 알 수 있었다.
IZO 박막은 경제적이고 간단한 공정 과정인 용액 공정을 통해서 제작되었으며, 90, 120, 150℃에서의 soft baking을 통해서 얻은 전기적 특성에 대한 비교 분석을 진행하였다. 결과적으로 120℃의 저온에서 soft baking을 진행한 IZO TFT가 7.9 cm² /Vs의 mobility, 1.4 V의 V_th, 0.5 V/decade의 S/S, 그리고 2.9×10⁷ 의 on/off current ratio 값을 가지며 90℃, 150℃에서 soft baking을 진행한 IZO TFT에 비해서 좋은 전기적 성능을 가지는 것을 확인하였다. 또한 120℃에서 soft baking을 진행한 IZO TFT의 static response를 조사 하기 위해서 5, 10 MΩ의 부하 저항을 연결하여 간단한 load type inverter를 제작하였다.
표 1은 90, 120, 150℃의 hot plate에서 soft baking 공정을 진행한 IZO TFT의 주요 특성을 나타 내는 4개의 추출한 파라미터에 대하여 정리한 결과를 나타낸다. 결과적으로 4개의 파라미터인 mobility, on/off current ratio, V_th, S/S를 추출하여 비교해보 았을 때, 120℃에서 soft baking을 진행한 소자의 mobility는 7.9 cm² /Vs로 가장 높게 나왔으며, thresholdvoltage (V_th) 값은 0 V에 비교적 가까운 1.4 V임을 확인할 수 있다. 또한 subthreshold slope (S/S) 값 은 0.
150℃에서의 soft baking 공정을 진행한 IZO TFT는 프리커서의 분해를 위해 더 높은 soft baking 온도를 가했음에도 불구하고 전기적 특성에서 이보다 낮은 온도에서 soft baking을 진행 한 경우보다 많은 향상을 보이지 않는 것을 확인할 수 있었다. 결과적으로 그림 3의 파라미터 값을 비교한 후, 120℃의 hot plate 온도가 다른 soft baking 온도 로 진행된 소자들 보다 가장 두드러지는 특성이 나오는 것을 알 수 있었다. 그러므로 IZO 박막을 120℃에서 soft baking을 진행하였을 때 가장 향상된 반도체 특성을 가진 것을 확인할 수 있다.
결과적으로 그림 3의 파라미터 값을 비교한 후, 120℃의 hot plate 온도가 다른 soft baking 온도 로 진행된 소자들 보다 가장 두드러지는 특성이 나오는 것을 알 수 있었다. 그러므로 IZO 박막을 120℃에서 soft baking을 진행하였을 때 가장 향상된 반도체 특성을 가진 것을 확인할 수 있다.
이것은 IZO 용액 공정을 주도하는 용매인 2-methoxyethanol의 끊는점이 124℃이므로 이 때 가장 안정적인 sol-gel networking 반응이 일어난 것으로 판단된다. 따라서 120℃에서 soft baking을 진 행한 소자가 가장 향상된 특성을 나타내는 것을 확인 할 수 있었다.

후속연구

또한 120℃에서 soft baking을 진행한 IZO TFT의 static response를 조사 하기 위해서 5, 10 MΩ의 부하 저항을 연결하여 간단한 load type inverter를 제작하였다. 비교적 저온인 120℃에서 soft baking을 진행한 IZO TFT가 좋은 전기적 성능을 가지는 것을 통해서, 향후 저가의 제조 과정을 거치며 우수한 광투과율과 높은 이동도를 필요로 하는 차세대 디스플레이 백플레인에 응용될 수 있다고 판단한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	IZO 박막의 장점은?	한편 차세대 디스플레이 및 전자 소자 연구에 있어서 최근에는 ZnO (zinc oxide) [10-12], ZTO (zinc tin oxide), IGZO (amorphous indium gallium zinc oxide), 그리고 IZO (indium zinc oxide) [13-16] 등과 같은 금속 산화물 트랜지스터 소자에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 그 중에서 특히 IZO 박막은 상온에서 제작할 때도 낮은 비저항값과 높은 이동도 (1-100 cm2 /Vs), 가시광 영역에서 높은 광투과율 특성을 나타낸다. 또한 제작된 박막의 표면 관찰시 거칠기가 매우 낮고, 저온 공정에서 큰 기판 크기에 대해서 높은 전기 균일도를 가지며, 좋은 에칭 특성을 보이는 등의 장점 때문에 전망 있는 재료로 많은 주목을 받고 있다 [17,18].
	금속 산화물 트랜지스터 소자에는 어떤 것들이 있는가?	한편 차세대 디스플레이 및 전자 소자 연구에 있어서 최근에는 ZnO (zinc oxide) [10-12], ZTO (zinc tin oxide), IGZO (amorphous indium gallium zinc oxide), 그리고 IZO (indium zinc oxide) [13-16] 등과 같은 금속 산화물 트랜지스터 소자에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 그 중에서 특히 IZO 박막은 상온에서 제작할 때도 낮은 비저항값과 높은 이동도 (1-100 cm2 /Vs), 가시광 영역에서 높은 광투과율 특성을 나타낸다.
	산화물 반도체의 대면적 공정이 가능하다는 특징은 어떻게 활용될 수 있는가?	최근 차세대 디스플레이의 구동 소자로 응용이 가능하여 주목 받고 있는 산화물 반도체는 금속 산화물로 이루어진 반도체로서 높은 밴드갭으로 인해 투명한 특성을 지니고 있으며, 주로 능동 구동 디스플레이용 백 플레인(backplane) 소자로 연구되고 있다. 또한 대면적 공정이 용이하여 디스플레이 산업에서 TV AMOLED(active matrix organic light emitting diode)의 백 플레인 박막 트랜지스터(thin-film transistor, TFT)와 고속 구동을 위한 LCD의 백플레인 TFT로도 크게 각광 받고 있다 [1-3].

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저자의 다른 논문 :

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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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