[논문]펄스 레이저 증착법으로 성장된 투명 TFTs 채널층을 위한 ZnO 박막 분석

이원용; 김지홍; 노지형; 조대형; 문병무; 구상모

[국내논문] 펄스 레이저 증착법으로 성장된 투명 TFTs 채널층을 위한 ZnO 박막 분석
Characterization of ZnO Thin Films Grown by Pulsed Laser Deposition for Channel Layer of Transparent TFTs 원문보기

이원용 (고려대학교 전자전기공학과) , 김지홍 (고려대학교 전자전기공학과) , 노지형 (고려대학교 전자전기공학과) , 조대형 (고려대학교 전자전기공학과) , 문병무 (고려대학교 전자전기공학과) , 구상모 (광운대학교 전자재료공학과)

ZnO thin films were deposited on glass substrates by pulsed laser deposition (PLD) at various oxygen pressures. We observed structural, electrical and optical properties of ZnO films. Structural properties were analysed by XRD and FE-SEM. Electrical properties for applications of transparent thin film transistors (TTFTs) were measured by hall measurement using van der pauw methods at room temperature. In order to apply in transparent devices, we measured transmittance, and optical bandgap energy was calculated by Tauc's equation. The results showed that ZnO films deposited at 200mTorr oxygen pressure were applicable to channel layers of transparent TFTs. It had high hall mobilities ($52.92cm^2$/V-s) and suitable transmittance at visible wavelength region (above 80%).

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문제 정의

박막 트랜지스터의 채널 특성에 가장 큰 영향을 미치는 파라미터는 채널 내 캐리어의 이동도인데, 이는 증착 공정 시 산소압에 의해 많은 영향을 받는다 [1]. 본 논문에서는 다양한 산소압에서 증착된 ZnO 박막의 구조적, 전기적, 광학적 특성을 분석하였다.

제안 방법

증착 시 타겟과 기판 사이의 거리는 5cm, 기판 온도는 400C로 유지하였고, 증착시간은 10분이었다. 증착 시 산소압을 5 ~ 200mTorr 로 변화하면서 실험하였고, 타겟에 레이저가 고르게 조사될 수 있도록 타겟을 6rpm으로 회전시켰다. 증착 후 ZnO 박막의 구조적, 전기적, 광학적 특성을 분석하였다.
증착 시 산소압을 5 ~ 200mTorr 로 변화하면서 실험하였고, 타겟에 레이저가 고르게 조사될 수 있도록 타겟을 6rpm으로 회전시켰다. 증착 후 ZnO 박막의 구조적, 전기적, 광학적 특성을 분석하였다.

대상 데이터

ZnO 박막은 유리기판 위에 PLD를 이용하여 증착하였다 타겟은 순도 99.99%의 ZnO 타겟을 사용하였고, 레이저 소스는 355nm 의 파장 영역을 갖는 Nd:YAG 레이저 (Continnum, Surelite川)를 사용하였다. 증착 시 타겟과 기판 사이의 거리는 5cm, 기판 온도는 400C로 유지하였고, 증착시간은 10분이었다.

이론/모형

그림 2에 ZnO 박막의 전기적 특성을 알아보기 위해 Van Der Pauw법에 의해 시행한 Hall measurement 결과를 제시하였다. ZnO 내 캐리어의 농도는 앞서 논의한 Vo, Zin 결함에 의해 결정된다.

성능/효과

산소압이 높아짐에 따라 Hall 이동도와 비저항은 점점 증가하는 추세를 나타내었고, 캐리어농도는 점차 작아지는 경향을 보였다, 특히 50mTorr, lOOmTorr에서 성장 된 ZnO 박막은 표면의 저항이 너무 높아 Hall 측정이 룰가능했다. 이는 벌크 특성의 ZnO가 매우 높은 절연 특성을 보이기 때문인데 이러한 결과는 앞서 논의한 XRD 결과와도 일치한다.
200mT°rr 에서 증착된 박막이 높은 캐리어 이동도 (52.92cm²/V.s)를 나타냄에 따라 박막 트랜지스터의 채널 층으로서 응용이 가능함을 확인하였다.

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