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논문 상세정보

더블 게이트 구조 적용에 따른 IGZO TFT 특성 분석

Analysis of the Output Characteristics of IGZO TFT with Double Gate Structure

Abstract

Oxide semiconductor devices have become increasingly important because of their high mobility and good uniformity. The channel length of oxide semiconductor thin film transistors (TFTs) also shrinks as the display resolution increases. It is well known that reducing the channel length of a TFT is detrimental to the current saturation because of drain-induced barrier lowering, as well as the movement of the pinch-off point. In an organic light-emitting diode (OLED), the lack of current saturation in the driving TFT creates a major problem in the control of OLED current. To obtain improved current saturation in short channels, we fabricated indium gallium zinc oxide (IGZO) TFTs with single gate and double gate structures, and evaluated the electrical characteristics of both devices. For the double gate structure, we connected the bottom gate electrode to the source electrode, so that the electric potential of the bottom gate was fixed to that of the source. We denote the double gate structure with the bottom gate fixed at the source potential as the BGFP (bottom gate with fixed potential) structure. For the BGFP TFT, the current saturation, as determined by the output characteristics, is better than that of the conventional single gate TFT. This is because the change in the source side potential barrier by the drain field has been suppressed.

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

문제 정의
  • 본 연구에서는 더블 게이트 구조의 장점을 유지하고, 채널 길이가 짧아져도 전류 포화가 잘 되기 위한 새로운 소자 구조를 설계하였다.

    본 연구에서는 더블 게이트 구조의 장점을 유지하고, 채널 길이가 짧아져도 전류 포화가 잘 되기 위한 새로운 소자 구조를 설계하였다. 상부 게이트 구조를 비교용 기본 소자로 채택하고 채널 길이가 짧아져도 전류 포화가 잘 될 수 있도록 고정 전위의 하부전극(bottom gate with fixed potential, BGFP)을 갖는 구조를 설계하였다.

가설 설정
  • 차세대 디스플레 이의 발전으로 TFT 소자의 채널 길이가 점점 짧아지고 있다.

    BGFP 소자는 채널 길이가 짧아지더 라도 하부 게이트가 고정 전위를 가지고 있어서 전류를 일정하게 유지해야 하는 OLED 디스플레이 백플레인 TFT 소자로 적합할 것으로 예측된다. 차세대 디스플레 이의 발전으로 TFT 소자의 채널 길이가 점점 짧아지고 있다. 본 연구 결과를 통해 IGZO TFT의 전류 포화 현상을 새로운 소자 구조의 제작 및 측정 결과로 확인하 였고, OLED 디스플레이에서 IGZO TFT가 구동 TFT로쓰일 때 일정한 전류 유지가 가능할 것으로 기대한다.

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질의응답 

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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
유효 채널 길이
유효 채널 길이가 짧아지게 되면 어떤 문제를 만드는가?
OLED 디스플레이에서 구동 전류가 안정적 으로 조절되기 어렵게 하며, 디스플레이 구동을 불안정 하게 만든다

TFT의 채널 길이가 짧아지면 드레인 전압 증가에 따른 유효 채널 길이도 짧아지게 되면서 전류 포화 전압 이상에서 전류가 증가하는 현상이 나타난다. 이 현상은 OLED 디스플레이에서 구동 전류가 안정적 으로 조절되기 어렵게 하며, 디스플레이 구동을 불안정 하게 만든다 [4]. 소자의 소형화로 인해 발생하는 문제를 개선시키기 위해 새로운 소자 구조에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

산화물 반도체
산화물 반도체의 특징은?
비정질 실리콘보다 높은 이동도와 안정성 측면에서 뛰어나고, 다결정 실리콘보다 저렴하고 우수한 균일도 특성

디스플레이 백플레인에 중요한 역할을 하는 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)도 기존 비정질 실리콘(amorphous silicon, a-Si)과 다결정 실리콘 (polycrystalline silicon, poly-Si)의 단점을 보완한 산화물(oxide) TFT의 연구가 진행되고 있다 [1,2]. 산화물 반도체는 비정질 실리콘보다 높은 이동도와 안정성 측면에서 뛰어나고, 다결정 실리콘보다 저렴하고 우수한 균일도 특성을 가지고 있어 차세대 디스플레이 백플레인에 적합한 물질로 개발되고 있다 [3]. 전류 구동 방식인 OLED 디스플레이에서 구동 TFT는 일정한 전류를 유지해야 하므로 전류 포화(current saturation) 가 잘 되는지에 대한 여부가 중요하다.

더블 게이트 구조
더블 게이트 구조의 장점은?
상부, 하부 게이트를 이용하여 채널을 제어하며 단일 게이트 구조의 소자보다 동작 전류를 증가시키고 이동도가 높다는 장점

소자의 소형화로 인해 발생하는 문제를 개선시키기 위해 새로운 소자 구조에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그중 더블 게이트 구조는 상부, 하부 게이트를 이용하여 채널을 제어하며 단일 게이트 구조의 소자보다 동작 전류를 증가시키고 이동도가 높다는 장점을 가지고 있다 [5-8]. 그러나 소자 구조에 있어서 게이트 전극이 한 개 더 추가되어야 하기 때문에 전극을 형성하기 위한 금속막 증착 공정, 포토리소 그래피 공정 그리고 식각 공정이 1회씩 추가되어야 하는 단점도 있다.

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저자의 다른 논문

참고문헌 (11)

  1. 1. E. Fortunato, Adv. Mater., 24, 2945 (2012). [DOI: https://doi.org/10.1002/adma.201103228] 
  2. 2. K. Nomura, H. Ohta, A. Takagi, T. Kamiya, M. Hirano, and H. Hosono, Nature, 432, 488 (2004). [DOI: https://doi.org/10.1038/nature03090] 
  3. 3. T. Kamiya, K. Nomura, and H. Hosono, J. Disp. Technol., 5, 273 (2009). [DOI: https://doi.org/10.1109/JDT.2009.2021582] 
  4. 4. S. Jeon, A . Benayad, S . E. A hn, S. P ark, I . Song , C. K im, and U. I. Chung, Appl. Phys. Lett., 99, 082104 (2011). [DOI: https://doi.org/10.1063/1.3623426] 
  5. 5. K. S. Son, J. S. Jung, K. H. Lee, T. S. Kim, J. S. Park, Y. H. Choi, K. C. Park, J. Y. Kwon, B. Koo, and S. Y. Lee, IEEE Electron Device Lett., 31, 219 (2010). [DOI: https://doi.org/10.1109/LED.2009.2038805] 
  6. 6. K. Abe, K. Takahashi, A. Sato, H. Kumomi, K. Nomura, T. Kamiya, J. Kanicki, and H. Hosono, IEEE Trans. Electron Devices, 59, 1928 (2011). [DOI: https://doi.org/10.1109/TED.2012.2195008] 
  7. 7. H. Lim, H. Yin, J. S. Park, I. Song, C. Kim, J. C. Park, S. Kim, S. W. Kim, C. B. Lee, Y. C. Kim, Y. S. Park, and D. Kang, Appl. Phys. Lett., 93, 063505 (2008). [DOI: https://doi.org/10.1063/1.2967456] 
  8. 8. K. S. Son, J. S. Jung, K. H. Lee, T. S. Kim, J. S. Park, K. C. Park, J. Y. Kwon, B. Koo, and S. Y. Lee, IEEE Electron Device Lett., 31, 812 (2010). [DOI: https://doi.org/10.1109/LED.2010.2050294] 
  9. 9. C. H. Wu, H. H. Hsieh, C. W. Chien, and C. C. Wu, J. Disp. Technol., 5, 515 (2009). [DOI: https://doi.org/10.1109/JDT.2009.2026189] 
  10. 10. G. Baek, K. Abe, A. Kuo, H. Kumomi, and J. Kanicki, IEEE Trans. Electron Devices, 58, 4344 (2011). [DOI: https://doi.org/10.1109/TED.2011.2168528] 
  11. 11. D. A. Neamen, Semiconductor Physics and Devices, 4th ed. (McGraw-Hill, 2012) p. 457. 

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