초록 ▼

3. 개발결과 요약
□ 최종목표
○ 고성능 산화물/질산화물 반도체 재료 탐색 및 공정 기술 개발
- 반도체 박막의 Scattering center 감소를 통한 이동도 향상
- 질산화물 반도체 소재 탐색 및 공정 기술 개발
○ 산화물/질산화물 TFT의 고성능화 및 고신뢰화를 위한 핵심 공정기술 개발
- 전계효과 이동도 > 100 cm²/Vs · Subthreshold Slope < 0.3 V/decade
- 전류 점멸비 > 1×10⁸ · 공정 온도 < 180

3. 개발결과 요약
□ 최종목표
○ 고성능 산화물/질산화물 반도체 재료 탐색 및 공정 기술 개발
- 반도체 박막의 Scattering center 감소를 통한 이동도 향상
- 질산화물 반도체 소재 탐색 및 공정 기술 개발
○ 산화물/질산화물 TFT의 고성능화 및 고신뢰화를 위한 핵심 공정기술 개발
- 전계효과 이동도 > 100 cm²/Vs · Subthreshold Slope < 0.3 V/decade
- 전류 점멸비 > 1×10⁸ · 공정 온도 < 180 ℃
- |△V_TH| < 0.3 V (CCTS@ Ids = 10㎂, 3 hr, 60 ℃)
- |△V_TH| < 0.5 V (NBIS@ Light intensity = 0.3 mW/cm², White LED, 3 hr)
○ 180도 이하에서 소결 가능한 용액형 절연체 소재 개발
- 절연 파괴 강도 > 6 MV/cm · 표면 거칠기 < 1.0 nm
- 공정 온도 < 180 ℃ · 누설전류 ≤ 10^-7 A/cm²

□ 개발내용 및 결과
○ 산화물 TFT의 저온공정, 고성능, 고신뢰화를 위한 핵심 공정 기술 개발
- 산화물 반도체 소자(ZTO, IZO, IGZO, IGO)에 금속반응공정을 적용하여 박막 내의 결함등을 감소시켜 고성능, 고신뢰화 기술 개발
- 최적 캡핑 구조 설계 및 이를 통한 초고이동도 산화물 반도체 개발
- Scavenger 효과 이용 산화물 반도체, 저온 solution 공정 기반 절연체 소재를 투명 유연 기판(PI) 구조에 적용 및 특성 평가
○ 저온 용액공정 기반 게이트 절연체 단위막 공정 개발
- hydrogen peroxide, ozone 등 보조 반응 물질에 따른 소자 특성 향상 기술 확립
- 진공 후열처리, 저온 소성의 photochemical activation을 위한 UVO + thermal 열처리 등 다양한 후처리 공정을 통한 저온공정 및 소자 특성 향상
○ TFT 소자의 전기적, 광학적 신뢰성 개선 공정 도출
- 금속유도 결정화의 Oxygen scavenge
- Dual-gate 구조 최적화 및 전기적 및 광학적 신뢰성 확보
○ 고이동도, 고신뢰성의 질산화물 TFT 소재 및 공정 개발
- 핵심 개발 소재 선정 (ZnON TFT)
- 증착 공정 최적화
- 후속 안정화 및 열처리 프로세스
- 산화물 기반의 TFT 소자의 채널층 조성과 결합상태에 따른 소자 특성 및 신뢰 성의 상호 관계를 정량화하는 분석, 그리고 DOS의 전자구조적인 관련성을 체계 적으로 확립
○ Intense pulsed light illumination 공정 기술을 이용한 고성능 질산화물 TFT 개발
- 빠른 속도의 저온 열처리 공정을 통해 고이동도 질산화물 TFT 개발
- 에너지 최적화를 통해 기존 산화물 대비 높은 이동도를 갖는 질산화물 소자 확립
- 연구 개발된 질산화물 반도체, 구조 및 공정이 적용된 투명 유연 기판 (PEN) 기 반 소자의 특성 평가와 개선 방안 연구
○ 고이동도 산화물/질산화물 반도체 재료 개발을 위한 음이온 도핑 원소에 관한 이론 연구
- 이론적 산화물/질산화물 구조 계산
- 다양한 음이온 치환 및 Defect의 formation energy 계산을 진행

□ 기술개발 배경
○ 플렉시블 OLED 디스플레이 구동 소자는 현재 LTPS 반도체를 적용하고 있는데, LASER를 사용하기 때문에 대면적 확장성이 제약을 받으며 고온 S/D 도판트 활성화 공정에서 발생하는 열문제로 인해 고온, 고가의 PI 계열의 플라스틱 기판을 사용하고 있음. 산화물 TFT는 높은 전하 이동도와 기존 공정과의 적합성 등 디스플레이 백플레인 구성을 위한 소자로 여러 가지 우수한 특성을 나타냄. 다만 트랜지스터 전계이동도가 비정질 실리콘에 비해 20배 이상 우수하나 다결정 실리콘 (~100 cm²/Vs)과 비교하였을 때 20 % 수준에 불과함. 따라서 LTPS와 IGZO 반도체 기술의 문제점을 동시에 극복할 수 있는 초고이동도 및 저온공정 소재 및 공정 개발이 가능하면, 차세대 디스플레이를 구현하고 그 응용 범위가 매우 큼.

□ 핵심개발 기술의 의의
○ 본 연구로부터 파생되는 180 ℃ 이하 저온 소결 소재 및 공정기술은 디스플레이뿐만 아니라 유연 전자소자 및 센서 제작 등으로 에너지, 의료, 식품 등 다양한 나노 박막분야에 적용될 수 있으므로 파급력이 매우 큼.
○ 현재 대부분의 유연 디스플레이 제조에는 높은 공정온도로 인해 고가의 PI 기판 (300~400 ℃)이 사용되며, 이는 일본의 카네카, UBE, 도레이듀폰 3社가 전 세계 PI 시장 점유율의 55 % 이상을 차지하여, 수입의존도와 단가가 높은 품목임. 따라서 저온 공정(<200 ℃) 기반 유연 디스플레이 기술 개발을 통해 PES, PC, PET 등의 저가 유연 기판으로의 대체할 경우, 소재 국산화 및 원가 경쟁력을 향상시킬 수 있음.
○ 본 연구결과는 반도체 소재의 전기적인 특성의 향상과 신뢰성의 향상을 목적으로 소재 내부의 결함과 각각의 전극/절연체/반도체의 전기적인 밴드 레벨의 정렬을 통해서 체계적인 소재 탐색의 기반을 마련할 수 있음

□ 적용 분야
○ Mobility와 신뢰성이 우수한 산화물 반도체 TFT 기술이 최근에 각광 받고 있으며, 양산이 가능한 수준의 결과들을 나타내고 있고, 향후 유연기판을 이용한 고해상도 Flexile Display에 확대적용 가능성이 커 차세대 디스플레이 사업의 전반적인 파급효과가 큼.

(출처 : 기술개발사업 최종보고서 초록 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 최종보고서 초록 ... 3
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 9
• 목차 ... 18
• 제 1 장 서론 ... 19
• 제 1 절 과제의 개요 ... 19
• 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과(기술개발 내용 및 방법) ... 23
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 23
• 제 2 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 25
• 제 3 절 수행 결과의 보안등급 ... 37
• 제 4 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리 현황 ... 37
• 제 3 장 결과 ... 38
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 38
• 1. 연구개발 추진 일정 ... 38
• 2. 연구개발 추진 실적 ... 43
• 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 106
• 제 3 절 고용 창출 효과 ... 108
• 제 4 절 자체보안관리진단표 ... 108
• 제 5 절 안전관리 이행 현황 ... 109
• 제 4 장 사업화 계획 ... 110
• 제 1 절 시장 현황 및 전망 ... 110
• 제 2 절 사업화 계획 ... 111
• 제 3 절 향후 추가 기술 개발 계획(개발기술 응용 등) ... 112
• 끝페이지 ... 113