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TiO2 박막의 온도에 따른 산소공공의 분포와 전기적인 특성사이의 상관성
Relationship between Electrical Characteristics and Oxygen Vacancy in Accordance with Annealing Temperature of TiO2 Thin Film 원문보기

한국정보통신학회논문지 = Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, v.22 no.4, 2018년, pp.664 - 669  

오데레사 (Department of Semiconductor Engineering, Cheongju University)

초록
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본 연구는 투명산화물반도체의 전기적인 특성과 산소공공과의 관계를 알아보기 위해서 $TiO_2$ 박막을 증착하여 MIM 구조를 만들어서 전압전류 특성을 관찰하였다. 산소공공은 XPS분석으로 이루어졌으며, 커패시턴스를 측정하여 전하의 용량이 많은 곳에서 산소공공이 어떤 영향을 주는가에 대하여도 조사하였다. 열처리를 통하여 결정질구조로 변하는 $TiO_2$ 박막은 산소공공이 가장 낮은 곳에서 커패시턴스 값이 가장 높았으며, 전하의 양이 많았다. 따라서 전하의 양이 많은 $TiO_2$박막이 $CO_2$ 가스에 대하여 가장 잘 민감하게 반응하는 것을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

To observe the relationship between the oxygen vacancy and electrical characteristics of $TiO_2$ due to the $CO_2$ gases, the $TiO_2$ were deposited by the mixing gases of $Ar:O_2=20$ sccm:20 sccm and annealed with various temperatures. The bonding structu...

주제어

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문제 정의

  • 본 연구에서 TiO2 박막의 가스반응성을 조사하기 위하여 열처리 공정을 통하여 TiO2 박막의 결정구조를 변화시켜서 CO2 가스를 흘려주면서 전류가 변화하는 것을 관찰하였다. 열처리 온도에 따라서 산소공공이 변하는 것을 관찰하고 산소공공이 CO2 가스 반응에 어떤 영향을 미치는지에 대하여 조사하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
ZnO 기반 산화물반도체 물질들은 무엇이 있는가? 휘어질 수 있으면서 투명할 수 있는 차세대 반도체 물질로 알려진 산화물반도체는 그 쓰임이 다양해지면서 메모리소자에 적용하려는 연구도 이루어지고 있다. ZnO를 기반으로 한 산화물반도체에는 전기적인 특성을 개선시키기 위해서 여분의 불순물을 첨가하게 되는데, 첨가되는 불순물에 따라서 AZO, ZTO, IGZO, GZO 등의 산화물반도체 물질들이 있다. 산화물반도체를 이용한 메모리는 저항의 변화에 따라서 동작 특성을 갖는 메모리로써 ReRAM (resistive random access memory)이 있다[6-11].
반도체기술의 미세화, 대용량화는 어떤 결과를 동반하는가? 반도체기술의 미세화, 대용량화는 미세가공기술, 새로운 구조와 트랜지스터의 기술과 새로운 회로기술의 발달에 바탕을 두면서 재료, 박막기술, 테스트기술, 패키지 기술 등 광범위한 기술의 발달을 동반하면서 동시에 이루어지는 종합적인 결과물이라 할 수 있다. 실리콘을 기반으로 이루어지는 반도체 재료에서 실리콘이 아닌 ITO 유리, PEN, PET 외 플라스틱 기판 위에 ZnO 기반의 화합물반도체 물질을 이용한 트랜지스터, 메모리와 디스플레이가 동작하는 반도체 소자는 두께가 얇아서 유연하거나 투명할 수 있어서 기존의 실리콘이 할 수 없는 영역까지 가능한 전자소자를 만들 수 있는 수많은 가능성을 제시하고 있다.
미래의 반도체 기술 중 산화물반도체의 쓰임과 연구는 어떠한가? 얇고 투명한 박막증착 기술은 기존의 반도체기술이 불순물을 도핑하는 기술을 기반으로 하는 실리콘 반도체 기술에서는 찾아 볼 수 없는 특이한 특성들이 많이 보고되면서 기존의 반도체와는 조금은 다른 영역 관점에서 나노반도체기술이라고 다르게 취급하고 있다. 산화물반도체가 그중 하나이며, 그 이전에 산화물반도체는 metal organic semiconductor (금속유기물반도체)로 불려지고 있었는데, ITO가 등장하면서 ITO가 디스플레이 분야에서 탁월한 기능과 절대적인 필요에 의해서 널리 쓰여지고, 희토류인 인듐을 대신할 수 있는 새로운 반도체 물질을 개발하기 위해 ZnO 기반의 반도체에 대한 연구가 많이 이루어진 탓에 산화물반도체에 대한 관심을 최근에 많이 이루어지고 있는 실정이다. ZnO 산화물반도체에는 n형과 p형이 있는데 주로 n형의 ZnO 산화물반도체가 흔하며, p형의 ZnO 산화물반도체는 만들기 어려운 것으로 알려져 있다.
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참고문헌 (14)

  1. T. Oh, "Tunneling Condition at High Schottky Barrier and Ambipolar Transfer Characteristics in Zinc Oxide Semiconductor Thin Film Transistor," Materials Research Bulletin, vol. 77, pp.1-7, May, 2016. 

  2. X. Ma1, J. Zhang, W. Cai, H. Wang, Joshua Wilson, Qingpu Wang, Qian Xin & Aimin Song, "A Sputtered Silicon Oxide Electrolyte for High-Performance Thin-Film Transistors," Scientific Reports, vol. 7, Article number: 809, April, 2017. 

  3. T. Oh and C. K. Choi, "Comparison between SiOC thin film fabricated by using plasma enhance chemical vapor deposition and $SiO_2$ thin film by using fourier transform infrared spectroscopy", Journal of the Korean Physical Society, vol. 56, pp. 1150-1155, Apr. 2010. 

  4. John Robertson, Robert M. Wallace, "High-K materials and metal gates for CMOS applications," Materials Science and Engineering R, vol. 88, pp.1-41, Feb. 2015. 

  5. J. C. K. Lam, Maggie Y. M. Huang, Tsu Hau Ng, M. K. B. Dawood, F. Zhang, A. Du, H. Sun, Z. Shen, and Z. Mai, "Evidence of ultra-low-k dielectric material degradation and nanostructure alteration of the Cu/ultra-low-k interconnects in time-dependent dielectric breakdown failure," Applied Physics Letter, vol. 102, pp. 022908, Jan. 2013. 

  6. T. Oh, "Tunneling Phenomenon of Amorphous Indium-Gallium-Zinc-Oxide Thin Film Transistors for Flexible Display," Electronic Materials Lett, vol. 11. pp. 853-861, Sep. 2015. 

  7. J. S. Jeon, S. H. Jo, H. J. Choi, J. T. Park, " Effects of thin-film thickness on device instability of amorphous InGaZnO junctionless transistors," Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, vol. 21, pp. 1627-1634, Sep. 2017. 

  8. S.W. Tsao, et al. "Hydrogen-induced improvements in electrical characteristics of a-IGZO thin-film transistors," Solid-State Electronics, vol. 54, pp.1497-1499, Dec. 2010. 

  9. S. Lee, Y. S. Song, H. Kim, and S. O. Ryu, "Characterization of ALD Processed $Al_2O_3/TiO_2/Al_2O_3$ Multilayer Films for Encapsulation and Barrier of OLEDs," Journal of The Korean Society of Semiconductor & Display Technology, vol. 16, pp. 1-5, Mar. 2017. 

  10. J. Maserjian, N. Zamani, "Behavior of the $Si/SiO_2$ interface observed by Fowler Nordheim tunneling," Applied Physics Letter, vol. 53, pp.559-567, Oct. 1982. 

  11. T. Oh, K. S. Kim, K. M. Lee, C. K. Choi, "Generation of SiOC films by the Thermal Induction," Japanes Journal of Applied Physics, vol. 44, pp.1409-1413, Mar. 2005. 

  12. J. Maserjian, "Tunneling in thin MOS structures," Journal of Vacuum Science and Technology, vol. 11, pp.996-1003, Dec. 1974. 

  13. S. D. Ganichev, et al. "Distinction between the Poole-Frenkel and tunneling models of electric-field-stimulated carrier emission from deep levels in semiconductors," Physics Review B, vol. 61, No. 15, pp.10361-10365, Sep. 2000. 

  14. Q. Mao, Z. Ji and J. Xi, "Realization of forming-free ZnO-based resistive switching memory by controlling film thickness," Applied Physics. vol. 43, No. 39, pp.395104, Sep. 2010. 

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