초록 ▼

본 연구에서는 금속흡착에 의한 비정질 실리콘의 저온결정화 방법을 연구하였다. LPCVD로 비정질 실리콘 박막을 증착하고 금속 용액을 스핀 코팅으로흡착시킨 후, Ar분위기에서 열처리하였다. 다결정 실리콘 박막 TFT는 구리를 흡착시켜열처리된 실리콘 박막을 사용하여 제작하였다.본 연구에서 고상결정화 온도를 낮추고 결정화 시간을 줄이는 간단하고 새로운 공정을제안하였다. 1000ppm의 구리와 금용액을 흡착시킨 비정질 실리콘 박막은 530 ℃에서 20시간 동안 열처리 한 후에 거의 완전히 결정화되었다. 이 온도는 대개

본 연구에서는 금속흡착에 의한 비정질 실리콘의 저온결정화 방법을 연구하였다. LPCVD로 비정질 실리콘 박막을 증착하고 금속 용액을 스핀 코팅으로흡착시킨 후, Ar분위기에서 열처리하였다. 다결정 실리콘 박막 TFT는 구리를 흡착시켜열처리된 실리콘 박막을 사용하여 제작하였다.본 연구에서 고상결정화 온도를 낮추고 결정화 시간을 줄이는 간단하고 새로운 공정을제안하였다. 1000ppm의 구리와 금용액을 흡착시킨 비정질 실리콘 박막은 530 ℃에서 20시간 동안 열처리 한 후에 거의 완전히 결정화되었다. 이 온도는 대개 사용되는 고상결정화 온도인 600 ℃ 보다 훨씬 낮은 것이다. Ag, Zn, Fe, Cr, Al 같은 다른 금속 용액은 비정질 실리콘 박막의 결정화를 확실하게 향상시키진 못하였다. Cu와 Au의 흡착에 의해서저온 결정화를 향상시킨 것은 전기음성도, 공정온도 그리고 확산거리가 요인으로 판단된다.흡착된 Cu입자는 표면 핵생성 자리로 작용하고 나뭇가지 모양의 fractal 성장을 일으켰다.Cu가 흡착된 실리콘 박막의 fractal 크기는 530 ℃, 10 시간에서 30 ∼ 50 ㎛였다.Cu가 흡착된 비정질 실리콘 박막의 핵생성과 성장 양상은 금속용액의 농도를 변화시키므로 해서 쉽게 제어되었다. SIMS 분석을 통해 대체로 흡착된 Cu의 농도는 pH값과 금속용액속의 Cu의 농도에 의해서 좌우되었다. 530 ℃에서 20시간 동안 열처리한 후의 결정화율은 흡착된 Cu농도에 비례하였다. Cu가 흡착된 비정질 실리콘 박막의 입자 성장률은intrinsic 비정질 실리콘의 경우보다 훨씬 높았고 이는 아마도 Cu원자가 확산이 빠르기 때문이라 생각한다. 잠복기 활성화 에너지는 금속용액속의 Cu농도가 증가함에 따라 감소하였다.Cu용액으로 흡착하고 530 ℃에서 20 시간 열처리한 박막을 사용하여 만든 TFT의 성질은 Cu를 흡착시키지 않은 박막으로 만든 TFT의 성질과 비슷하였다. Cu농도와 무관하게 문턱전압은 11.8 V이고 Ion/I0ff는 수소 passivation하기 전에 3×105 이었다. Cu 흡착을 하지 않은 TFT에서는 전계효과이동도(field-effect mobility)는 가장 높았고 금속용액의Cu농도가 증가함에 따라 10 ㎠/V·s에서 6 ㎠/V·s로 감소하였다.

Abstract ▼

Low-temperature crystallization of amorphous silicon (a-Si)films by adsorbing metal on the films was investigated. Amorphous Si films weredeposited by low-pressure chemical vapor deposition, spin-coated by metal solutions andsubsequently annealed in Ar atmosphere. Polycrystalline silicon

Low-temperature crystallization of amorphous silicon (a-Si)films by adsorbing metal on the films was investigated. Amorphous Si films weredeposited by low-pressure chemical vapor deposition, spin-coated by metal solutions andsubsequently annealed in Ar atmosphere. Polycrystalline silicon (poly-Si) thin-filmtransistors (TFT) were fabricated using the annealed Si films with Cu adsorption.We proposed a simple new process which lowered the solid phase crystallizationtemperature and shortened crystallization time. The a-Si films adsorbed from 1000ppm of Cu and Au solutions were almost completely crystallized after annealing for 20h at 530℃, which was well below the commonly employed solid phase crystallizationtemperature, 600℃. Other metal solutions, such as Ag, Zn, Fe, Cr and Al did not clearlyenhance crystallization of a-Si films. The factors that enhanced clearlylow-temperature crystallization by Cu and Au adsorption were the electronegativity,eutectic temperature and diffusion length. The adsorbed-Cu clusters acted as surfacenucleation sites and caused fractal growth with the shape of tree branches. Thefractal size of the Cu-adsorbed Si films was 30-50 ㎛ at 530℃ within 10 h.The nucleation and growth behavior of the Cu-adsorbed a-Si films was easilycontrolled by changing the solution concentration. Secondary ion mass spectroscopyanalysis indicated that the crystallization enhancement was generally promoted byincreasing Cu concentration in solution. The adsorbed Cu concentration was controlledby both th pH value and the Cu concentration in solution. The crystallization fractionafter 20 h annealing at 530℃ was proportional to the as-adsorbed Cu concentration.The grain growth rate of Cu-adsorbed a-Si film was much higher than that of intrinsica-Si, probably due to high diffusivity of Cu atoms. The incubation time activationenergy decreased with increasing Cu concentration in solution.The characteristics of TFTs, fabricated using the films adsorbed from Cu solution,and annealed at 530℃ for 20 h, were similar to those of TFTs fabricated withoutCu-adsorbed films. The threshold voltage was 11.8 V and Ion/I0ff was 3x105 beforehydrogen passivation, regardless Cu concentration. The field-effect mobility washighest in TFT without Cu adsorption and degraded from 10 to 6 ㎠/V·s withincreasing Cu concentration in solution.

목차 Contents

• 목차...6
• 1. 서 론...7
• 2. 실험방법...9
• 3. 결과 및 고찰...17
• 4. 결 론...46
• 5. 참고문헌...48