[논문]온도 가변에 따른 Large-grain-size TFT의 전기적 특성 변화 분석

허남태; 이원백; 조재현; 이준신

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허남태 (성균관대학교) , 이원백 (성균관대학교) , 조재현 (성균관대학교) , 이준신 (성균관대학교)

Electrical properties of SGS-TFT with 5/5 ${\mu}m$ channel width and length which gate insulator is made of 20nm $SiO_2$ and 80nm $SiN_x$ was fabricated and measured at various temperatures. The field-effect mobility was decreased from 86.25 to 80.42 $cm^2/Vs$ and threshold voltage also decreased from -1.5792 to -1.0492 V, when temperature is increased from room temperature to $100^{\circ}C$. Subthreshold swing, also, increased from 0.3212 to 0.4818 V/dec and $I_{on/off}$ ratio decreased from $5.05{\times}10^7$ to $6.93{\times}10^5$.

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문제 정의

이쁘 해결하기 위해 Super Grain Silicon (SGS) 기술이 개발되었는데, SGS 기술은 Amorphous Silicon TFT 기판에 극소량의 금속촉매를 중간막 위에 도포한 후 고속열처리룔 통해 Poly-Silioon막을 형성하는 기술로서 원가절감 및 화상 줄무늬 불량을 해결하므로 OLED의 대형화에 꼭 필요하다. 본연구는 이러한 SGS.TFT의 온도에 대한 소자의 안정성에 중점을 두었다.

제안 방법

NiSi2가 성장을 하여 grain이 형성되었으며 그 결과 200nm의 large grain size롤가진 SGS-TFT륺 얻을 수 있었다. Gate insulator 의 두께는 SiOi (80nm), SiNx (20nm)을 가지는 2층 multi-stack 구조로 제작 하였다. 온도 조건을 Room Temperature (RT), 600, 8 0, C, 1001 로 하여 소자의 Transfer Characteristic Curve를 측정하였으며 이를 똥하여 소자의 성능 변화를 비교하였다.
Gate insulator 의 두께는 SiOi (80nm), SiNx (20nm)을 가지는 2층 multi-stack 구조로 제작 하였다. 온도 조건을 Room Temperature (RT), 600, 8 0, C, 1001 로 하여 소자의 Transfer Characteristic Curve를 측정하였으며 이를 똥하여 소자의 성능 변화를 비교하였다.

성능/효과

그 후 Si 속에서 NiSi2가 형성이 되도록 하였다. NiSi2가 성장을 하여 grain이 형성되었으며 그 결과 200nm의 large grain size롤가진 SGS-TFT륺 얻을 수 있었다. Gate insulator 의 두께는 SiOi (80nm), SiNx (20nm)을 가지는 2층 multi-stack 구조로 제작 하였다.
이는 SGS-TFT의 큰 grain size로 인하여 grain boundary 에서 캐리어의 scattering이 감소하기 패문임을 알 수 있었다. 또한 Excimer laser annealing (ELA)기판과 비교하여 solid phase crystallization (SPC)에 의한 SGS의 매卫러운 표면도 안정적인 동작을 도와 변화 폭을 줄이는 역할을 하였다.
42 cuf/Vs 로 감소하였다. 또한 Sub-threshold Swing값이 321.2 mV/dec어서 481.8 mV/dec로증가하였으며, 전류 점멸비도 5.04107에서 6.93X1W로 작아지는 것을 확인 할 수 았었다.
주어진 측정 범위 내에서 상온일 패 보다 고온일 패, 소자의 전기적 특성이 나빠지는 것을 확인 할 수 있었다 Threshold Voltage는 낮아지는 경향성이 있었으나, IOn/off ratio, Field-effect mobility, Subthreshold Swing은 나빠지는 경향성을보였다. 이는 고온 상태에서 carrier농도가 증가하기 때문인데, grain size가 작은 TFT에 비하면 그 변화 폭이 작은 편이었다.

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