초록 ▼

본 연구과제의 최종목표는 저전력형 그린 디스플레이 패널 구현을 위한 백플레인 내장형 비휘발성 메모리소자 및 메모리 셀을 개발하는 것이다. 상기 목표를 달성하기 위해 다음의 내용으로 연구를 추진하였다.
- 1차연도: 비휘발성 메모리 셀 구조 및 공정의 최적화
- 2차연도: 백플레인 내장형 비휘발성 메모리 셀 성능 개선 및 집적도 향상
- 3차연도: 적층형 비휘발성 메모리 셀 성능 고도화 및 공정 온도 저감
상기 내용으로 진행된 연구를 통해 얻은 결과를 다음과 같이 요약한다.
o (산화물반도체 신규 조성 개발

본 연구과제의 최종목표는 저전력형 그린 디스플레이 패널 구현을 위한 백플레인 내장형 비휘발성 메모리소자 및 메모리 셀을 개발하는 것이다. 상기 목표를 달성하기 위해 다음의 내용으로 연구를 추진하였다.
- 1차연도: 비휘발성 메모리 셀 구조 및 공정의 최적화
- 2차연도: 백플레인 내장형 비휘발성 메모리 셀 성능 개선 및 집적도 향상
- 3차연도: 적층형 비휘발성 메모리 셀 성능 고도화 및 공정 온도 저감
상기 내용으로 진행된 연구를 통해 얻은 결과를 다음과 같이 요약한다.
o (산화물반도체 신규 조성 개발) 본 비휘발성 메모리 TFT에 사용하는 채널층 소재인 산화물반도체 신규조성 및 형성 방법을 개발하고, 산화물반도체 조성의 최적화가 메모리 TFT의 성능 향상에 매우 중요한 역할을 한다는 것을 처음으로 확인하였다. In-Zn-Ti-O 및 In-Zn-Si-O 신반도체 조성을 이용하여 메모리 TFT를 제작한 결과, 산화물반도체 채널의 결함 밀도와 채널 전도도를 조절함으로써 메모리 TFT의 프로그램 속도와 리텐션 시간 특성을 크게 향상시킬 수 있음을 확인하였다.
o (유기강유전체/산화물반도체 게이트 스택을 이용한 메모리 TFT 공정 최적화) 본 연구에서 제안된 메모리 TFT는 게이트절연막 소재로서 유기 강유전체인 P(VDF-TrFE) 박막층을 사용하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 소자의 공정 최적화 과정에서 P(VDF-TrFE) 박막의 물성 최적화 및 계면 제어 기술이 매우 중요한 것으로 판단하였으며, 연구 과정에서 P(VDF-TrFE) 박막의 전기적 특성에 대한 온도 의존성을 파악하고, 또한 P(VDF-TrFE)/In-Ga-Zn-O 계면의 특성 분석을 체계적으로 수행함으로써 소자 공정 최적화를 도모하였다.
o (적층형 더블게이트 메모리 셀 제작 및 동작 성능 개선) 기존의 평면형 메모리 셀에 비해 소자의 면적을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 메모리 TFT의 기능을 향상시킬 수 있는 적층형 더블게이트 메모리 셀을 제안하였다. 이 메모리 셀은 버텀게이트 산화물반도체 TFT를 구동소자로 사용하고, 탑게이트 메모리 TFT를 메모리 소자로 사용하는 것이 특징이다. 또한 버텀게이트 바이어스 조건을 조절함으로써, 상부 탑게이트 메모리 TFT의 프로그램 속도와 리텐션 시간 특성을 크게 향상시킬 수 있음을 확인하였다.
o (PEN 유연 기판 상 메모리 TFT의 제작) 향후 플렉시블 일렉트로닉스 응용을 염두에 두고, 유연 기판 위에 메모리 TFT를 제작하였다. 이 과정에서는 PEN 기판을 유연 기판 소재로 사용하였으며, 모든 공정을 150oC 이하에서 가능하도록 공정을 설계하였다. 그 결과, PEN 기판 위에 제작된 메모리 TFT는 일반 유리기판 위에 제작한 소자에 필적하는 성능을 나타내는 것을 확인하였으며, 벤딩 상태 및 반복 벤딩 동작 후에도 양호한 소자 특성을 유지하고 있는 것을 확인하였다.
o (비휘발성 메모리 소자 및 메모리 셀 전용 평가 시스템 구축) 본 연구에서 제안하는 비휘발성 메모리 소자의 특성을 정확하고 신속하게 측정하기 위한 전용 전기적 특성 평가 시스템을 구축하였다. 이 시스템을 이용하면 기본적인 TFT 특성의 평가는 물론, 펄스 신호를 이용한 프로그래밍 특성, 반복 기록 특성, 리텐션 특성을 모두 평가할 수 있으며, 광 조사 과정에서의 동작 신뢰성 평가를 수행할 수 있다.
o (비휘발성 메모리 TFT가 내장된 저전력 반사형 액정 디스플레이 시제품 제작) 본 연구에서 개발된 소재,소자 및 공정 기술을 적용하여, 본 연구의 최종 목표인 그린 디스플레이 실현을 위한 가능성 검증을 위해, 저전력 반사형 액정 디스플레이에 적용 가능한 메모리 내장 픽셀 회로를 설계하고, 이 픽셀을 적용한 디스플레이 시제품 제작을 시도하였다. 본 시도는 당초 연구계획서에 명기된 내용은 아니나, 개발 기술의 확산을 위한 중요 활동의 하나로 수행되었으며, 시간 관계상 구동 시연 결과는 확보하지 못하였으나, 필요 기술의 확인과 향후 개발 기술 도출에 활용할 예정이다.