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Kafe 바로가기주관연구기관 | 한국과학기술원 Korea Advanced Institute of Science and Technology |
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보고서유형 | 1단계보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2016-01 |
과제시작연도 | 2012 |
주관부처 | 산업통상자원부 Ministry of Trade, Industry and Energy |
등록번호 | TRKO201600011353 |
과제고유번호 | 1415125100 |
사업명 | 부품소재산업경쟁력향상(소재부품기술개발) |
DB 구축일자 | 2016-11-19 |
키워드 | 디스플레이.솔-젤 공정.금속 산화물 반도체.박막 트랜지스터.용액 공정.인쇄 공정. |
핵심기술
저온 소성 가능한 수용액 기반의 전구체 신조성 개발,전구체 용액 설계 및 소성 조건 최적화, 반도체 나노입자 코팅 용액설계 및 합성 기술, 전구체 용액과 혼합 가능한 반도체 나노입자 개발 및 최적화, 전구체 용액을 이용한 비접촉 고해상도 인쇄 기술 확보
최종목표
전하이동도 > 15 cm2/V‧s 온오프 전류비 > 108
소자 동작 전압 = ± 1 V
소성 온도 (T) < 350 ℃
신뢰성 < 2 V @ BITS 3시간 온 전류 균일성 <
핵심기술
저온 소성 가능한 수용액 기반의 전구체 신조성 개발,전구체 용액 설계 및 소성 조건 최적화, 반도체 나노입자 코팅 용액설계 및 합성 기술, 전구체 용액과 혼합 가능한 반도체 나노입자 개발 및 최적화, 전구체 용액을 이용한 비접촉 고해상도 인쇄 기술 확보
최종목표
전하이동도 > 15 cm2/V‧s 온오프 전류비 > 108
소자 동작 전압 = ± 1 V
소성 온도 (T) < 350 ℃
신뢰성 < 2 V @ BITS 3시간 온 전류 균일성 < 10 %
Module 구동 신뢰성 확보:60℃, 95% 습도, 24시간
장기 구동 신뢰성 > 60,000 시간
단계목표
전하이동도 > 15 cm2/V‧s 온오프 전류비 > 107
소자 동작 전압 = ± 2 V
소성 온도 (T) < 350 ℃
열 및 광신뢰성 < 3 V @ BITS 1시간
개발내용 및 결과
o 수용액을 이용한 신조성 전구체 용액 제조
- Aqueous nitrate system: 전하이동도 13.0 cm2/Vs (350℃ IZO TFT)
- Aqueous fluride system: 전하이동도 20.9 cm2/Vs (350℃ F:IZO TFT)
o 무기산을 첨가하여 용액공정 TFT의 게이트 전압 및 열 신뢰성 개선
o 용액 공정 반도체 박막 구조 설계를 통한 게이트 전압, 열 및 광신뢰성 개선
- Al2O3 inserted FIZO TFT : ΔVon = -3.5V(VG=-20V, 60℃, 0.3mW 기준)
o 반도체 특성을 갖는 나노입자 개발 및 표면 분자 치환 기술 개발
- ZnO, InP, In2O3, In2S3 나노입자 분산액
o 전구체 수용액과 혼합 가능한 In2O3 나노 입자 분산 수용액 개발
o EHD 잉크젯 공정을 이용한 고해상도 TFT 인쇄공정 개발
- 선폭: 2 μm, 인쇄 속도: 6 mm/sec, 전하이동도 36.6 cm2/Vs (Al2O3 GI)
o EHD 잉크젯 공정을 활용한 유연 소자 구조체 개발 및 산화물 반도체 응용소자 개발
기술개발 배경
평판 디스플레이는 디지털 가전, 컴퓨터, 정보 통신 기기 등 각종 전자기기에 사용되는 핵심 부품으로 현재 우리나라는 산업계에서 시장을 주도하고 있지만 소재 및 부품 시장, 핵심 원천 기술은 일본 및 미국 등 선진국에 의존하고 있는 실정이다. 특히 디스플레이의 핵심 구동 소자로서 TFT는 미래 디스플레이의 요구 사항인 대형화/고해상도화/고속화 특성에 부합하기 위해서 높은 전하 이동도와 신뢰성이 보장되어야 한다. 현재 산화물 TFT는 주로 스퍼터링과 같은 진공 증착으로 개발되고 있으나 향후 저가격 대면적 디스플레이 적용을 위해서는 고가의 진공증착 장치없이 용이하게 TFT를 인쇄공정으로 제작할 수 있는 용액형 산화물 TFT의 개발이 필요하다. 용액형 산화물 TFT는 금속 전구체 용액 또는 산화물 콜로이드 용액을 스핀 코팅 또는 프린팅 등을 통해 용액 박막을 형성한 후 온도를 높이게 되면 용매가 열에 의해 증발하게 되고 공기 중의 수분 또는 산소와의 반응으로 산화물 박막을 형성하여 제작할 수 있다. 전구체 조성의 조절로 다양한 조성의 산화물박막을 간단하게 제작할 수 있기 때문에 기존 원천 조성을 회피하여 신조성 산화물 반도체 원천 소재를 확보하기 용이하므로 개발의 필요성이 있다.
핵심개발 기술의 의의
기존의 알코올을 용매로 한 기술과 달리 본 과제를 통해 개발한 물을 기반으로 한 수용액 전구체는 수화-축합반응을 수용액 내에서 유도할수 있어 열처리 단계에서 온도를 고온으로 높이지 않아도 불순물이 적은 우수한 품질의 박막을 얻을 수 있는 장점이 있다. 특히, 불화 금속전구체를 활용하면 기존의 금속 양이온의 산화물 조성을 조절하여 전도도를 낮추는 방식 이외에 음이온을 도핑하는 효과를 얻을 수 있으며 이렇게 제작한 산화물 박막은 높은 전하이동도 및 신뢰도를 보임을 확인하였다. 산화물 반도체 나노 입자를 이용한 산화물 TFT는 나노 입자가 지니는 결정성으로 인해 저온 소성에서도 결정성 산화물 박막을 제작할 수 있고 표면 분자 개질 기술을 통해 수용액에도 분산이 가능하여 기존의 전구체 수용액과 혼합하여 산화물 박막을 제작할 수도 있다.뿐만 아니라, 표면적이 넓은 구조적 특성상 디스플레이 분야가 아닌 센서나 촉매로의 활용도 가능할 것으로 예상된다. 비접촉 인쇄 공정으로써 전기수계방식(EHD) 잉크젯 공정은 고해상도 노즐 개발을 통해 별도의 패터닝 공정없이 정밀한 구조의 소자를 기판에 물리적인 피해없이 인쇄할 수 있기 때문에 향후 용액 공정이 디스플레이 산업에 채택된다면 적용가능성이 높은 기술이다.
적용 분야
저가격/대면적 디스플레이 백플레인용 TFT의 산화물 반도체 채널층 뿐만 아니라 산화물 반도체를 활용할 수 있는 FET 센서, RFID,Photodectector, 메모리 소자, 광촉매 등의 다양한 소자로서도 응용이 가능하다.
과제명(ProjectTitle) : | - |
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연구책임자(Manager) : | - |
과제기간(DetailSeriesProject) : | - |
총연구비 (DetailSeriesProject) : | - |
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과제수행기간(LeadAgency) : | - |
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연구내용(Abstract) : | - |
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