[논문]UV/O3 조사 시간에 따른 Sol-gel 공정 기반 CuO 박막 트랜지스터의 전기적 특성 변화

이소정; 장봉호; 김태균; 이원용; 장재원

doi:10.7471/ikeee.2018.22.1.1

UV/O3 조사 시간에 따른 Sol-gel 공정 기반 CuO 박막 트랜지스터의 전기적 특성 변화
UV/O3 Process Time Effect on Electrical Characteristics of Sol-gel Processed CuO Thin Film Transistor 원문보기

전기전자학회논문지 = Journal of IKEEE, v.22 no.1, 2018년, pp.1 - 5

이소정 (School of Electronics Engineering, Kyungpook National University) , 장봉호 (School of Electronics Engineering, Kyungpook National University) , 김태균 (School of Electronics Engineering, Kyungpook National University) , 이원용 (School of Electronics Engineering, Kyungpook National University) , 장재원 (School of Electronics Engineering, Kyungpook National University)

초록
AI-Helper

Sol-gel 공법을 이용하여, p-형 CuO 박막 트랜지스터를 제작하였다. 제작된 CuO 박막 트랜지스터는 copper (II) acetate monohydrate 를 전구체로 사용하였다. $500^{\circ}C$ 열처리 후에 형성된 전구체는 p-형 CuO 박막이 됨을 확인하였다. 또한 전구체를 형성하기 전 기판표면의 $UV/O_3$ 조사량에 따른 CuO 박막 트랜지스터의 전기적 특성변화에 대하여 연구하였으며, 600 초동안 $UV/O_3$를 조사한 경우 제작된 CuO 박막 트랜지스터는 $5{\times}10^{-3}\;cm^2/V{\cdot}s$ 의 이동도와 약 $10^2$의 온/오프 전류비를 보여주었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this research, sol-gel processed CuO p-type thin film transistors were fabricated with copper (II) acetate monohydrate precursors. After $500^{\circ}C$ annealing process, the deposited thin films were fully converted into CuO. We investigated $UV/O_3$ process time effect on electrical characteristics of sol-gel processed CuO thin film transistors. After 600 sec $UV/O_3$ process, the fabricated CuO thin film transistor delivered field effect mobility in saturation regime of $5{\times}10^{-3}\;cm^2/V{\cdot}s$ and on/off current ratio of ${\sim}10^2$.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 연구에서는 Sol-gel 공법을 이용하여, p-형 CuO 박막트랜지스터를 제작하였다. 또한 박막 형성 전 진행된 UV/O₃ 조사 시간에 따른 박막트랜지스터의 전기적 특성 변화에 관하여 연구하였다. UV/O₃ 조사 시간이 길수록 두께가 두꺼워짐을 확인하였으나 동시에 조사 시간이 길어지면 표면의 균일도가 감소하였다.
균일한 박막의 형성을 위하여 Spin coating 공정 전 기판을 UV/O₃를 조사하여, 불순물 제거하였다. 본 실험에서는 UV/O₃ 조사 시간에 따른 박막트랜지스터의 전기적 특성을 측정했다. 각각의 소자는 300초, 600초, 900초 동안 UV/O₃를 조사하였다.
또한, CuxOy는 독성이 없으며, 재료가 풍부하여 저렴한 재료이기 때문에 경제적으로도 많은 장점이 있는 반도체이다. 본 연구에서는 환경 친화적이며, 저비용의 간단한 공정 등의 장점으로 Sol-gel 공정 기반의 CuO 박막 트랜지스터를 제작했으며, UV/O₃조사 시간별 전기적 특성을 분석하였다.

제안 방법

제작된 박막트랜지스터 소자는 bottom 게이트 coplanar 구조이다. P-type 실리콘 기판위에 100nm 두께의 SiO2 절연막을 성장한 후 소스, 드레인 전극을 e-beam evaporation 와 photolithography 공정을 이용하여 50 nm 두께의 Au 를 증착하였다. 소자의 채널 길이와 폭은 각각 100 um 과 1000 um 이다.
각각의 소자는 300초, 600초, 900초 동안 UV/O3를 조사하였다.
결정 구조는 Philips X’pert pro grazing incidence X-ray diffractometer로 조사하였다.
소자의 채널 길이와 폭은 각각 100 um 과 1000 um 이다. 균일한 박막의 형성을 위하여 Spin coating 공정 전 기판을 UV/O₃를 조사하여, 불순물 제거하였다. 본 실험에서는 UV/O₃ 조사 시간에 따른 박막트랜지스터의 전기적 특성을 측정했다.
결정 구조는 Philips X’pert pro grazing incidence X-ray diffractometer로 조사하였다. 박막의 표면 분석은 scanning probe microscope(SPM, Park NX20, tapping mode) 로 측정하였다. 박막트랜지스터의 전기적 특성은 Agilent 4155 반도체 parameter 분석기로 측정하였으며, 누설전류 및 Fringe 효과를 최소화하기 위하여 소자의 채널영역을 기계적으로 식각하였다.
박막의 표면 분석은 scanning probe microscope(SPM, Park NX20, tapping mode) 로 측정하였다. 박막트랜지스터의 전기적 특성은 Agilent 4155 반도체 parameter 분석기로 측정하였으며, 누설전류 및 Fringe 효과를 최소화하기 위하여 소자의 채널영역을 기계적으로 식각하였다.
본 연구에서는 Sol-gel 공법을 이용하여, p-형 CuO 박막트랜지스터를 제작하였다. 또한 박막 형성 전 진행된 UV/O₃ 조사 시간에 따른 박막트랜지스터의 전기적 특성 변화에 관하여 연구하였다.

대상 데이터

CuO 박막을 증착하기 위해 전구체 물질로서 Cu(CO₂CH₃)H₂O 물질을 사용하였다. 0.001 mol의 전구체를 9.5 mL 2-methoxyethanol 에 혼합하였으며, Stabilizer로는 0.5 mL ethanolamine 을 사용하였다. 투명하고 균일한 용액을 만들기 위해 초음파 세척기를 이용하여 5분 동안 용액을 섞어 주었다.
본 연구에 사용된 모든 시약은 Sigma-Aldrich에서 구입하였으며, 추가적인 공정은 진행되지 않았다. CuO 박막을 증착하기 위해 전구체 물질로서 Cu(CO₂CH₃)H₂O 물질을 사용하였다. 0.
본 연구에 사용된 모든 시약은 Sigma-Aldrich에서 구입하였으며, 추가적인 공정은 진행되지 않았다. CuO 박막을 증착하기 위해 전구체 물질로서 Cu(CO₂CH₃)H₂O 물질을 사용하였다.
제작된 박막트랜지스터 소자는 bottom 게이트 coplanar 구조이다. P-type 실리콘 기판위에 100nm 두께의 SiO2 절연막을 성장한 후 소스, 드레인 전극을 e-beam evaporation 와 photolithography 공정을 이용하여 50 nm 두께의 Au 를 증착하였다.

성능/효과

600초 동안 UV/O3을 주사한 후 제작되어진 CuO 박막 트랜지스터의 경우 포화영역에서의 이동도는 5 × 10-3 cm2/V·s 이였으며, 온/오프 전류비는 약 102 임을 확인하였다.
600초 동안 UV/O3을 주사한 후 제작된 CuO 박막 트랜지스터의 경우 포화영역에서의 이동도는 5 × 10-3 cm2/V·s 이였으며, 온/오프 전류비는 약 102 임을 확인하였다.
Diffraction peak인 35.5°, 38.7°를 기준으로 확인해 본 결과 제작된 박막의 GIXRD 스펙트럼은 표준 JCPDS 데이터의 (05-0661)와 일치하며, cubic 구조임을 확인하였다.
UV/O3 조사 시간이 길수록 두께가 두꺼워짐을 확인하였으나 동시에 조사 시간이 길어지면 표면의 균일도가 감소하였다.
조사 시간에 따른 CuO 박막 트랜지스터의 전기적인 특성을 보여준다. UV/O₃공정을 300초 진행한 경우대비, 600초 조사하였을 때 이동도가 증가함을 확인하였다. 반도체 박막의 두께가 증가할수록 트랜지스터 내에서 채널이 형성되었을 때 단위면적당 전자 농도가 증가하기 때문에 UV/O₃ 조사 시간이 길수록 전도도가 증가한다.
반도체 박막의 두께가 증가할수록 트랜지스터 내에서 채널이 형성되었을 때 단위면적당 전자 농도가 증가하기 때문에 UV/O₃ 조사 시간이 길수록 전도도가 증가한다. 또한 증가된 전자 농도는 박막 트랜지스터를 낮은 전압에서 채널을 형성 시키며, 이는 문턱 전압 (V_th) 값을 통하여 확인 할 수 있었다. 그러나 900초의 경우 RMS 값이 증가하여 박막의 균일도가 감소했음을 확인할 수 있었다.
7°를 기준으로 확인해 본 결과 제작된 박막의 GIXRD 스펙트럼은 표준 JCPDS 데이터의 (05-0661)와 일치하며, cubic 구조임을 확인하였다. 또한, GIXRD 스펙트럼에서 Cu와 Cu₂O peak이 나타나지 않았으며, 이는 열처리 후 전구체가 박막 CuO 로 변환되었음을 확인할 수 있었다.
이는 전자의 산란을 일으켜 이동도를 저하시킨다. 또한, 낮은 V_D 전압에서 IV 곡선은 선형적인 관계를 보여주지 않았으며, 이는 CuO 박막의 전자 친화도와 A_u전극의 일함수의 차이로 인해 발생함을 확인할 수 있었다. 600초 동안 UV/O₃을 주사한 후 제작되어진 CuO 박막 트랜지스터의 경우 포화영역에서의 이동도는 5 × 10-3 cm²/V·s 이였으며, 온/오프 전류비는 약 10² 임을 확인하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	CuxOy의 장점은?	용액 공정을 이용한 p-형 반도체의 경우 최근에서야 연구가 진행되고 있다. 특히, 다양한 p-형 반도체 중에서 CuxOy 의 경우 상대적으로 높은 정공 이동도와 우수한 광 특성, 구조적 특성으로 주목받고 있다 [7, 8]. 또한, CuxOy는 독성이 없으며, 재료가 풍부하여 저렴한 재료이기 때문에 경제적으로도 많은 장점이 있는 반도체이다. 본 연구에서는 환경 친화적이며, 저비용의 간단한 공정 등의 장점으로 Sol-gel 공정 기반의 CuO 박막 트랜지스터를 제작했으며, UV/O3조사 시간별 전기적 특성을 분석하였다.
	최근 용액 공정 기반의 산화물 반도체가 주목을 받는 이유는?	최근 용액 공정 기반의 산화물 반도체에 대한 연구가 많은 관심을 받고 있다 [1]. 상대적으로 큰 밴드갭을 가지며, 우수한 전기적 특성을 보여주는 동시에 기존의 진공 증착 방법이 아닌 용액 공정을 통하여 저비용으로 대면적 소자를 제작하는데 적합한 물질로 주목을 받고 있다 [2],[3]. 특히 ZnO, In2O3, 및 SnO2 은 대표적인 n-형 반도체물질로, 이를 이용한 다양한 방법의 고성능 투명 트랜지스터가 제작되기도 하였다.
	대표적인 n-형 반도체물질의 예는?	상대적으로 큰 밴드갭을 가지며, 우수한 전기적 특성을 보여주는 동시에 기존의 진공 증착 방법이 아닌 용액 공정을 통하여 저비용으로 대면적 소자를 제작하는데 적합한 물질로 주목을 받고 있다 [2],[3]. 특히 ZnO, In2O3, 및 SnO2 은 대표적인 n-형 반도체물질로, 이를 이용한 다양한 방법의 고성능 투명 트랜지스터가 제작되기도 하였다. 일반적으로 n-type 산화물 반도체 기반의 트랜지스터의 경우 고전류, 고이동도, 및 높은 온/오프 전류비 등으로 인하여 차세대 투명 소자의 핵심 단위 소자로 고려되고 있다 [4]-[6].

참고문헌 (10)

R. A. street, "Thin film transistor," Advanced Materials, vol.21. no.20, pp.2007-2022, 2009.DOI:10.1002/adma.200803211

상세보기
K. K. Song, D. J. Kim, X. S. Li, T. W. Jun, Y. M. Jeong and J. H. Moon, "Solution processed invisible all-oxide thin film transistors," Journal of Material Chemistry, vol.19, no.46, pp.8881-8886, 2009.DOI:10.1039/B912554J

상세보기
G. Huang, L. Duan, G. Dong, D. Zhang and Y. Qiu, "High-mobility solution-processed tin oxide thin-film transistors with high-k alumina dielectric working in enhancement mode," ACS Applied Material and Interfaces, 6(23), pp. 20786-20794. 2014.DOI:10.1021/am5050295

상세보기
K. Nomura, H, Ohta, A. Takagi, T. Kamiya, M. Hirano and H. hosono, "Room-temperature fabrication of transparent flexible thin-film transistors using amorphous oxide semiconductors," nature, 432, pp. 488-492, Nov. 2004.DOI:10.1038/nature03090

상세보기
R. L. Hoffman, B. J. Norris and J. F. Wager, "ZnO-based transparent thin-film transistors," Applied Physics Letters, vol.82, no.5, pp.733-735, 2003.DOI:10.1063/1.1542677

상세보기
S. C. Wang, C. F. Yeh, C. K. Huang and Y. T. Dai, "Device transfer technology by backside etching (DTBE) for poly-Si thin-film transistors on glass/plastic substrate," Japanese Journal of Applied Physics, vol.42, pp.1044-1046, 2003.DOI: 10.1143/JJAP.42.L1044

상세보기
Z. Wang, P. K. Nayak, J. A. Caraveo-Frescas and H. N. Alshareef, "Recent developments in p-type Oxide Semiconductor materials and devices," Advanced Materials, vol.28, no.20, pp. 3831-3892, 2016.DOI:10.1002/adma.201503080

상세보기
B. Balamurugan and B. R. Mehta, "Optical and structural properties of nanocrystalline copper oxide thin films prepared by activated reactive evaporation," Thin Solid Films, Vol.396, no.1-2, pp.90-96, 2001.DOI:10.1016/S0040-6090(01)01216-0

상세보기
C. Gu and J. K. Lee, "Patterning of amorphous-InGaZnO thin-film transistors by stamping of surface-modified polydimethylsiloxane," RCS Advances, no.49, 2016.DOI:10.1039/C6RA06264D
H. Tavana, N. Petong, A. Hennig, K. Grundke and A. W. Neumann. "Contact angles and coating thickness," The Journal of Adhesion, vol.81, no.1, 2005.DOI:10.1080/00218460590904435

저자의 다른 논문 :

LOADING...

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증