[논문]질소분위기 전자빔 조사에 의한 졸-겔 IGZO 박막 트랜지스터의 전기적 특성 향상

박지호; 송영석; 배수강; 김태욱

doi:10.6117/kmeps.2023.30.3.056

질소분위기 전자빔 조사에 의한 졸-겔 IGZO 박막 트랜지스터의 전기적 특성 향상
Enhancing Electrical Properties of Sol-Gel Processed IGZO Thin-Film Transistors through Nitrogen Atmosphere Electron Beam Irradiation 원문보기

마이크로전자 및 패키징 학회지 = Journal of the Microelectronics and Packaging Society, v.30 no.3, 2023년, pp.56 - 63

박지호 (전북대학교 유연인쇄전자전문대학원 유연인쇄전자공학과) , 송영석 (전북대학교 유연인쇄전자전문대학원 유연인쇄전자공학과) , 배수강 (전북대학교 JBNU-KIST 산학연 융합학과) , 김태욱 (전북대학교 유연인쇄전자전문대학원 유연인쇄전자공학과)

초록
AI-Helper

본 연구에서는 졸-겔 IGZO(Indium-Gallium-Zinc Oxide) 박막을 만들고 이에 전자빔을 조사 한 후 박막 트랜지스터로 제작하여 전자빔 조사가 박막 트랜지스터의 전기적 특성에 미치는 영향을 비교 분석하였다. 특히 전자빔이 조사되는 환경을 대기 중과 질소 분위기(<200 ppm O₂)로 두고 전자빔 조사 선량 세기를 100kGy와 200kGy로 각각 조사한 후 350℃ 온도에서의 열처리만 진행한 비교군과 비교 분석을 진행하였다. 전자빔 조사에 따른 졸-겔 IGZO 박막의 물성 변화를 분석하기 위해 UV-Visible spectroscopy, X-ray diffraction(XRD)와 X-ray photoelectron spectroscopy(XPS)를 분석 결과, 전자빔 조사 전·후의 모든 조건 하에서 가시광 영역에서의 80% 이상의 높은 투과도를 보여줌을 확인할 수 있었고, XRD 분석 결과를 통해 전자빔 조사와 관계없이 비정질 특성을 유지함을 확인하였다. 특히 전자빔 조사에 따라 졸-겔 IGZO 박막에 화학적 조성 변화가 있음을 확인하였는데, 질소 분위기에서 전자빔을 조사하게 되면 M-O결합과 관련된 peak이 차지하는 비율이 높아짐을 확인할 수 있었다. 질소 분위기에서 전자빔이 조사된 TFT들은 on/off 비율, 전자 이동도에서 향상된 특성을 보여주었으며, 시간에 따라 트랜지스터의 특성들(on/off 비율, 문턱전압, 전자이동도, 하위임계값 스윙)의 수치 또한 큰 변화 없이 유지됨이 확인되어, 졸-겔 공정 TFT 제작에 있어서 질소 분위기에서의 전자빔 조사공정이 IGZO기반 박막 트랜지스터의 전기적특성의 개선에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, we studied the effect of electron beam irradiation on sol-gel indium-gallium-zinc oxide (IGZO) thin films under air and nitrogen atmosphere and carried out the electrical characterization of the s ol-gel IGZO thin film transistors (TFTs). To investigate the optical properties, crystalline structure and chemical state of the sol-gel IGZO thin films after electron beam irradiation, UV-Visible spectroscopy, X-ray diffraction (XRD), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) were carried out. The sol-gel IGZO thin films exhibited over 80% transmittance in the visible range. The XRD analysis confirmed the amorphous nature of the sol-gel IGZO films regardless of electron beam irradiation. When electron beam irradiation was conducted in a nitrogen (N2) atmosphere, we observed an increased proportion of peaks related to M-O bonding contributed to the improved quality of the thin films. Sol-gel IGZO TFTs subjected to electron beam exposure in a nitrogen atmosphere exhibited enhanced electrical characteristics in terms of on/off ratio and electron mobility. In addition, the electrical parameters of the transistor (on/off ratio, threshold voltage, electron mobility, subthreshold swing) remained relatively stable over time, indicating that the electron beam exposure process in a nitrogen atmosphere could enhance the reliability of IGZO-based thin-film transistors in the fabrication of sol-gel processed TFTs.

주제어

표/그림 (9)

그림 Fig. 1. Optical transmission spectrum of the Sol-gel IGZO thin films under different e-beam irradiation conditions.
그림 Fig. 2. XRD pattern of the Sol-gel IGZO under different e-beam irradiation conditions.
그림 Fig. 3. Oxygen 1s (O1s) XPS spectra of the Sol-gel IGZO under different e-beam irradiation conditions.
그림 Fig. 4. Comparison on oxygen 1s (O1s) XPS spectra peak area under different e-beam irradiation conditions.
그림 Fig. 5. Nitrogen 1s (N1s) XPS spectra of the Sol-gel IGZO under different e-beam irradiation conditions.
그림 Fig. 6. (a) Device Schematics and (b) transfer characteristics of Sol-gel IGZO thin film transistor under different e-beam irradiation conditions.
표 Table 1. Electrical parameters of the Sol-gel IGZO thin film transistor under different e-beam irradiation conditions
그림 Fig. 7. Time dependent transfer characteristics of Sol-gel IGZO thin film transistor under different e-beam irradiation conditions.
그림 Fig. 8. Time dependent electrical parameter characteristics of Sol-gel IGZO thin film transistor under different e-beam irradiation conditions.

참고문헌 (19)

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(7016), 488-492 (2004).

상세보기
T. Kamiya and H. Hosono, "Material characteristics and？applications of transparent amorphous oxide semiconductors", NPG Asia Materials, 2(1), 15-22 (2010).

상세보기
E. Fortunato, P. Barquinha, and R. Martins, "Oxide semiconductor thin-film transistors: a review of recent advances",？Adv. Mater., 24(22), 2945-2986 (2012).
P. Heremans, A. K. Tripathi, A. de Jamblinne de Meux, E.？C. Smits, B. Hou, G. Pourtois, and G. H. Gelinck, "Mechanical and electronic properties of thin-film transistors on plastic, and their integration in flexible electronic applications",？Adv. Mater., 28(22), 4266-4282 (2016).
A. Liu, H. Zhu, H. Sun, Y. Xu, and Y. Y. Noh, "Solution processed metal oxide high-κ dielectrics for emerging transistors？and circuits", Adv. Mater., 30(33), 1706364 (2018).
E. A. Cochran, K. N. Woods, D. W. Johnson, C. J. Page, and？S. W. Boettcher,"Unique chemistries of metal-nitrate precursors to form metal-oxide thin films from solution: materials？for electronic and energy applications", Journal of Materials？Chemistry A, 7(42), 24124-24149 (2019).

상세보기
J. W. Jo, S. H. Kang, J. S. Heo, Y. H. Kim, and S. K. Park,？"Flexible metal oxide semiconductor devices made by solution methods", Chemistry-A European Journal, 26(42), 9126-9156 (2020).
D. J. Kim, D. L. Kim, Y. S. Rim, C. H. Kim, W. H. Jeong,？H. S. Lim, and H. J. Kim, "Improved electrical performance？of an oxide thin-film transistor having multistacked active？layers using a solution process", ACS Applied Materials &？Interfaces, 4(8), 4001-4005 (2012).

상세보기
Y. H. Kim, J. S. Heo, T. H. Kim, S. Park, M. H. Yoon, J. Kim,？M. S. Oh, G.-R. Yi, Y.-Y. Noh, and S. K. Park, "Flexible？metal-oxide devices made by room-temperature photochemical activation of sol-gel films", Nature, 489(7414), 128-132？(2012).

상세보기
Y. S. Rim, W. H. Jeong, D. L. Kim, H. S. Lim, K. M. Kim,？and H. J. Kim, "Simultaneous modification of pyrolysis and？densification for low-temperature solution-processed flexible？oxide thin-film transistors", Journal of Materials Chemistry,？22(25), 12491-12497 (2012).

상세보기
H. J. Kim, Y. J. Tak, S. P. Park, J. W. Na, Y. Kim, S. Hong,？P. H. Kim, G. T. Kim, B. K. Kim, and H. J. Kim, "The self-activated radical doping effects on the catalyzed surface of？amorphous metal oxide films", Scientific Reports, 7(1), 1-9？(2017).
M. Benwadih, R. Coppard, K. Bonrad, A. Klyszcz, and D.？Vuillaume, "High mobility flexible amorphous IGZO thin-film transistors with a low thermal budget ultra-violet pulsed？light process", ACS Applied Materials & Interfaces, 8(50),？34513-34519 (2016).

상세보기
S. Park, K.-H. Kim, J.-W. Jo, S. Sung, K.-T. Kim, W.-J. Lee,？J. Kim, H. J. Kim, G.-R. Yi, Y.-H. Kim, M.-H. Yoon, and S.？K. Park, "In-depth studies on rapid photochemical activation？of various sol-gel metal oxide films for flexible transparent？electronics", Adv. Funct. Mater., 25(19), 2807-2815 (2015).
Y. Nam, H.-O. Kim, S. H. Cho, C.-S. Hwang, T. Kim, S. Jeon,？and S.-H. K. Park, "Beneficial effect of hydrogen in aluminum oxide deposited through the atomic layer deposition？method on the electrical properties of an indium-gallium-zinc？oxide thin-film transistor", Journal of Information Display,？17(2), 65-71 (2016).

상세보기
D. G. Kim, J. U. Kim, J. S. Lee, K. S. Park, Y. G. Chang,？M. H. Kim, and D. K. Choi, "Negative threshold voltage shift？in an a-IGZO thin film transistor under X-ray irradiation",？RSC Advances, 9(36), 20865-20870 (2019).

상세보기
Y. Nam, H. O. Kim, S. H. Cho, and S. -H. K. Park, "Effect？of hydrogen diffusion in an In-Ga-Zn-O thin film transistor？with an aluminum oxide gate insulator on its electrical properties", RSC Advances, 8(10), 5622-5628 (2018).

상세보기
K. Nomura, T. Kamiya, and H. Hosono, "Effects of diffusion？of hydrogen and oxygen on electrical properties of amorphous？oxide semiconductor, In-Ga-Zn-O", ECS Journal of Solid？State Science and Technology, 2(1), P5 (2012).
A. Janotti and C. G. Van de Walle, "Hydrogen multicentre？bonds", Nature materials, 6(1), 44-47 (2007).
S. I. Oh, J. M. Woo, and J. H. Jang, "Comparative studies of？long-term ambiance and electrical stress stability of IGZO？thin-film transistors annealed under hydrogen and nitrogen？ambiance", IEEE Transactions on Electron Devices, 63(5),？1910-1915 (2016).

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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