[논문]전력반도체 응용을 위한 용액 공정 인듐-갈륨 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 성능과 안정성 향상 연구

김세현; 이정민; 김민규; 정유진; 백강준

doi:10.4313/jkem.2024.37.4.6

[국내논문] 전력반도체 응용을 위한 용액 공정 인듐-갈륨 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 성능과 안정성 향상 연구
Solution-Processed Indium-Gallium Oxide Thin-Film Transistors for Power Electronic Applications

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers, v.37 no.4, 2024년, pp.400 - 406

김세현 (국립부경대학교 스마트그린기술융합공학과) , 이정민 (국립부경대학교 스마트그린기술융합공학과) , (국립부경대학교 스마트그린기술융합공학과) , 김민규 (국립부경대학교 나노융합공학과) , 정유진 (국립부경대학교 나노융합공학과) , 백강준 (국립부경대학교 스마트그린기술융합공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Next-generation wide-bandgap semiconductors such as SiC, GaN, and Ga2O3 are being considered as potential replacements for current silicon-based power devices due to their high mobility, larger size, and production of high-quality wafers at a moderate cost. In this study, we investigate the gradual modulation of chemical composition in multi-stacked metal oxide semiconductor thin films to enhance the performance and bias stability of thin-film transistors (TFTs). It demonstrates that adjusting the Ga ratio in the indium gallium oxide (IGO) semiconductor allows for precise control over the threshold voltage and enhances device stability. Moreover, employing multiple deposition techniques addresses the inherent limitations of solution-processed amorphous oxide semiconductor TFTs by mitigating porosity induced by solvent evaporation. It is anticipated that solution-processed indium gallium oxide (IGO) semiconductors, with a Ga ratio exceeding 50%, can be utilized in the production of oxide semiconductors with wide band gaps. These materials hold promise for power electronic applications necessitating high voltage and current capabilities.

Keyword

표/그림 (5)

그림 Fig. 1. Schematics of the fabrication process for solution-processed metal oxide semiconductor TFTs.
그림 Fig. 2. (a,b) Schematic illustrations showing the mechanisms of bandgap formation in metal oxide semiconductors. XPS O 1s spectra for (c) In₂O₃ and (d) IGO (7:3) films after annealing at 300℃. (e) Transfer curves for a single-active layer IGO TFTs with various compositions (In:Ga = 5:5, 7:3, and 8:2) (annealed at 300℃) at the drain voltage (Vd) of +60 V.
표 Table 1. Fundamental device parameters of single layer IGO TFTs with various active layer compositions, In:Ga = 5:5, 7:3, and 8:2 wt%.
그림 Fig. 3. Time-dependent evolution of the transfer characteristics of IGO TFTs under negative gate bias stress conditions (V_G = -30 V & V_d = 0 V) featuring various film structures and compositions: (a) single-layer In:Ga = 5:5, bi-layered (5:5 and 7:3), and bi-layered (5:5 and 8:2) IGO films.
그림 Fig. 4. (a,b) Schematic illustrations of (a) the IGO TFT with a single active layer fabricated from a 0.1 M solution and (b) the TFT with multiple active layers fabricated from a 0.05 M solution. (c) Output and (d) transfer plots of gradually changed composition in IGO layer. (e) Negative bias stress test for the IGO TFTs.

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