[논문]InGaZnO 용액의 농도가 Drop-casting으로 제작된 산화물 박막 트랜지스터의 전기적 특성에 미치는 영향

노은경; 유경민; 김민회

doi:10.46670/jsst.2020.29.5.332

InGaZnO 용액의 농도가 Drop-casting으로 제작된 산화물 박막 트랜지스터의 전기적 특성에 미치는 영향
Effect of InGaZnO Solution Concentration on the Electrical Properties of Drop-Cast Oxide Thin-Film Transistors 원문보기

Journal of sensor science and technology = 센서학회지, v.29 no.5, 2020년, pp.332 - 335

노은경 (한밭대학교 창의융합학과) , 유경민 (한밭대학교 산학협력단 인쇄전자 3D 프린팅 공학 연구소) , 김민회 (한밭대학교 창의융합학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Drop casting, a solution process, is a simple low-cost fabrication technique that does not waste material. In this study, we elucidate the effect of the concentration of a InGaZnO solution on the electrical properties of drop-cast oxide thin-film transistors. The higher the concentration the larger the amount of remnant InGaZnO solutes, which yields a thicker thin film. Accordingly, the electrical properties were strongly dependent on the concentration. At a high concentration of 0.3 M (or higher), a large current flowed but did not lead to switching characteristics. At a concentration lower than 0.01 M, switching characteristics were observed, but the mobility was small. In addition to a high mobility, sufficient switching characteristics were obtained at a concentration of 0.1 M owing to the appropriate thickness of the semiconductor layer. This study provides a technical basis for the low-cost fabrication of switching devices capable of driving a sensor array.

주제어

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문제 정의

본 논문에서는 drop-casting 방식에 사용되는 InGaZnO 용액의 농도가 OxTFT의 전기적 특성에 미치는 영향을 조사하고 최적화된 전기적 특성을 위한 농도를 제시한다. 먼저, 실험 방법에서 drop-casting으로 OxTFT를 제작하는 방법을 자세하게 나타내었다.
09 cm² V^-1s^-1의 가장 높은 이동도를 보였다. 본 연구의 결과는 용액의 낭비를 줄여 저비용으로 센서를 구동할 수 있는 소자의 제작을 위한 기술적 기초를 제공한다.

제안 방법

먼저, SiO₂가 200 nm 증착된 Si 기판을 Acetone과 IPA에 각각 15분 동안 초음파 세척한 후 15분 동안 UV 처리를 해주었다. InGaZnO 용액은 indium nitrate(III) hydrate, gallium nitrate(III) hydrate, zinc nitrate hydrate를 2-methoxyethanol과 섞어 각각 0.5 M, 0.3 M, 0.1 M, 0.01 M, 0.007 M, 0.005 M로 제작하였고, 원자 간 몰 비율은 In(4):Ga(3):Zn(2)로 조절하였다. 기판 위에 다양한 농도의 InGaZnO 용액을 drop 하여 하나의 droplet을 형성한 후 110℃에서 10분간 용매를 제거하고 500℃에서 3시간 동안 열처리 해주었다.
재료의 낭비 없이 반도체 층을 간단하게 형성할 수 있는 drop-casting을 사용하여 산화물 박막 트랜지스터를 제작하였다. InGaZnO 용액의 농도에 따른 전기적 특성의 변화를 알아보았다. 0.
먼저, 실험 방법에서 drop-casting으로 OxTFT를 제작하는 방법을 자세하게 나타내었다. 결과 및 고찰에서는 InGaZnO 농도에 따른 박막의 두께와 제작된 트랜지스터의 전기적 성능을 제시하였다. 해당 특성을 분석하여서 최적화된 트랜지스터의 성능을 위한 농도를 제시하였다.
제작된 소자들은 off 전류의 개선을 위해 S/D 전극 증착 후 200℃에서 1시간 동안 열처리하였다. 대기 조건에서 반도체 특성 분석기 (HP 4155A)를 사용하여서 전기적 특성을 측정하였다.
3 M의 농도에서는 모든 영역에서 불균일한 박막을 갖는다. 따라서 coffee-ring 효과의 영향을 많이 받지 않는 InGaZnO 박막의 중심부에 채널이 위치하도록 source/drain 전극을 형성하여 전기적 특성을 확인하였다.
1은 Si 기판 위에 drop-casting을 이용하여 InGaZnO 층을 형성한 후 코팅된 InGaZnO 박막 위에 쉐도우 마스크를 통해 Al 전극이 열 증착된 산화물 반도체의 단면도이다. 먼저, SiO₂가 200 nm 증착된 Si 기판을 Acetone과 IPA에 각각 15분 동안 초음파 세척한 후 15분 동안 UV 처리를 해주었다. InGaZnO 용액은 indium nitrate(III) hydrate, gallium nitrate(III) hydrate, zinc nitrate hydrate를 2-methoxyethanol과 섞어 각각 0.
본 논문에서는 drop-casting 방식에 사용되는 InGaZnO 용액의 농도가 OxTFT의 전기적 특성에 미치는 영향을 조사하고 최적화된 전기적 특성을 위한 농도를 제시한다. 먼저, 실험 방법에서 drop-casting으로 OxTFT를 제작하는 방법을 자세하게 나타내었다. 결과 및 고찰에서는 InGaZnO 농도에 따른 박막의 두께와 제작된 트랜지스터의 전기적 성능을 제시하였다.
재료의 낭비 없이 반도체 층을 간단하게 형성할 수 있는 drop-casting을 사용하여 산화물 박막 트랜지스터를 제작하였다. InGaZnO 용액의 농도에 따른 전기적 특성의 변화를 알아보았다.
결과 및 고찰에서는 InGaZnO 농도에 따른 박막의 두께와 제작된 트랜지스터의 전기적 성능을 제시하였다. 해당 특성을 분석하여서 최적화된 트랜지스터의 성능을 위한 농도를 제시하였다.

대상 데이터

이때, 형성된 박막의 두께는 두께 측정 장비(Dektak-8 Surface Profiler)를 이용하여 측정되었다. 반도체층인 InGaZnO 위에 Al을 120 nm 열증착하여 전극을 형성하였다. 채널의 길이는 200 µm, 폭은 1000 µm로 제작하였다.
반도체층인 InGaZnO 위에 Al을 120 nm 열증착하여 전극을 형성하였다. 채널의 길이는 200 µm, 폭은 1000 µm로 제작하였다. 제작된 소자들은 off 전류의 개선을 위해 S/D 전극 증착 후 200℃에서 1시간 동안 열처리하였다.

성능/효과

3 M 이상의 농도에서는 매우 두꺼운 박막이 형성되어 높아진 전하 밀도로 인하여 V_th가 음의 방향으로 이동하기 때문에 스위칭 특성이 나타나지 않았고, 그 이하의 농도에서의 얇은 박막은 스위칭 특성과 이동도를 나타내었다. 0.1 M에서 110 nm로 가장 적절한 두께의 박막을 형성하여 3.37 V의 V_th를 나타내며 0.09 cm² V^-1s^-1의 가장 높은 이동도를 보였다. 본 연구의 결과는 용액의 낭비를 줄여 저비용으로 센서를 구동할 수 있는 소자의 제작을 위한 기술적 기초를 제공한다.
제작된 소자들은 누설전류가 발생하지 않는 것을 확인할 수 있는데, 이것은 drop-casting 공정의 직접 패터닝에 의한 결과이다[11]. I_ds-V_ds 특성에서 일반적인 InGaZnO 반도체의 동작을 확인할 수 있는데, 두께가 증가할수록 pinch-off된 후에 포화영역에서 전류의 증가를 보인다.
003 cm² V^-1s^-1으로 감소하는데, 이는 얇은 박막 내에서의 불안정한 박막의 막질에서 발생하는 반도체층 내의 결함들에 trap 되는 캐리어에 의해서 전도도에 기여하는 캐리어 수가 감소되기 때문이다[12]. 결과적으로 스위칭 특성이 나타나는 InGaZnO 용액 중 가장 농도가 높은 0.1 M에서 0.09 cm² V^-1s^-1로 가장 높은 이동도를 보였으며 4.17×10^-6 A 이상의 높은 온 전류를 얻을 수 있었다.
따라서 drop-casting 으로 제작된 OxTFT의 향상된 전기적 특성을 얻기 위해서는 적절한 두께의 박막을 형성하는 낮은 몰 농도의 용액이 필요하다. 본 실험 조건에서는 0.1 M에서 형성된 110 nm의 두께가 높은 전하이동도를 가지면서 0 V 근처에서 V_th를 가지게 되어 가장 적합한 두께를 나타낸다. 0.

참고문헌 (12)

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