초록 ▼

□ 연구개요
4차 산업혁명이 도래함에 따라 차세대 고속 응답 반도체 소자에 대한 요구가 폭발적으로 증가 되고 있어 종래의 Si을 기반으로 한 반도체 시스템에서 벗어난 진보된 반도체 소자 개발이 절실히 요구되고 있음. 산화물 반도체는 낮은 공정 온도와 우수한 스위칭 특성 등의 다양한 장점을 바탕으로 한 차세대 반도체 물질임. 하지만 산화물 반도체는 p-type 특성 구현이 어렵고 이는 산화물 반도체를 기반으로 한 CMOS Inverter 구현에 방해요소임. 또한, 가장 광범위하게 연구되는 산화물 반도체인 a-IGZO는 300도

□ 연구개요
4차 산업혁명이 도래함에 따라 차세대 고속 응답 반도체 소자에 대한 요구가 폭발적으로 증가 되고 있어 종래의 Si을 기반으로 한 반도체 시스템에서 벗어난 진보된 반도체 소자 개발이 절실히 요구되고 있음. 산화물 반도체는 낮은 공정 온도와 우수한 스위칭 특성 등의 다양한 장점을 바탕으로 한 차세대 반도체 물질임. 하지만 산화물 반도체는 p-type 특성 구현이 어렵고 이는 산화물 반도체를 기반으로 한 CMOS Inverter 구현에 방해요소임. 또한, 가장 광범위하게 연구되는 산화물 반도체인 a-IGZO는 300도 이상의 높은 어닐링 온도를 요구하며 이는 PET, PEN과 같은 특정 플라스틱 기판에 제작을 어렵게 만드는 요소임. 이에 본 연구에서는 저온 공정 n-type 및 p-type 산화물 트랜지스터 공정을 최적화하고 180도의 저온에서 114.5의 높은 Voltage gain을 가지는 주석 산화물 기반의 CMOS Inverter를 구현함.

□ 연구 목표대비 연구결과
n-type & p-type 산화물 반도체 TFT 공정 최적화 및 전기적 평가를 통해 어닐링 온도에 따른 각 소자의 전기적 특성 변화를 확인하고 이러한 원인을 규명하기 위해 XPS, SEM, AFM과 같은 물리·화학적 분석을 진행함. 또한, 최적화된 두 산화물 반도체 활성층을 활용하여 180도의 저온에서 높은 Voltage gain을 가지는 CMOS Inverter를 개발함.
- Sn 기반의 n-type & p-type 산화물 TFT 산소 분압비, 전극 물질, W/L 및 공정 조건 최적화함.
- SnO 공정 시 산소 분압비 및 스퍼터링 공정 최적화를 통해 p-type 산화물 TFT 구현함.
- 열처리 온도에 따른 n-type & p-type 산화물 TFT의 전기적 특성 변화를 확인하고 이를 규명하기 위해 다양한 분석을 도입하여 특성 변화 mechanism을 규명함.
- 최적화된 n-type & p-type 산화물 반도체를 활용하여 180도의 저온 공정에서 98.0의 높은 Gain을 가지는 CMOS Inverter를 제작함.
- 더 나아가 유연 기판에서의 적합성을 확인하기 위해 CPI substrate 위에 주석 산화물 기반의 CMOS Inverter를 제작하였고, 180도의 저온에서 114.5의 높은 Gain을 가지는 것을 확인함.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
- 산화물 반도체는 높은 mobility와 저온 공정 특성을 바탕으로 디스플레이 등 다양한 분야의 적용으로 적합한 물질임. 특히 산화물 반도체는 Epitaxy를 통해 성장하는 Si과 다르게 다양한 물질 위에 증착 가능하다는 점을 바탕으로 Monolithic 3D 구조의 반도체 device에 활용되기에 적합함.
- p-type SnO_x 트랜지스터 공정 최적화를 통해 산화물 반도체의 큰 단점 중 하나인p-type 특성의 부재를 해결하고, 이를 활용하여 CMOS Inverter와 같은 Logic device 제작을 가능케 함으로 산화물 반도체를 저전력 컴퓨팅 분야로도 활용될 수 있음.
- 또한, 200°C 이하의 저온 공정에서 n-type & p-type 산화물 트랜지스터를 최적화함으로써 유연 기판을 사용하는 다양한 Flexible device로의 application에도 활용 가능함.
- 과제 수행을 통해 배출된 석/박사 참여 연구원들이 본 과제를 통해 습득한 문제 해결 능력을 바탕으로 향후 해당 분야 고급 전문 인력으로 이바지할 수 있을 것으로 예상됨. 특 과제 수행에 필수적인 반도체 소자 분석 능력을 바탕으로 반도체/디스플레이 관련 다양한 field에서 연구를 수행할 수 있을 것으로 예상됨.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 최종 목표 ... 4
• 나. 연구 범위 및 수행 방법 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 가. Reactive DC magnetron sputtering 공정 중 p-type SnOx TFT 산소 분압비 최적화 및 열처리 온도에 따른 전기적 특성 변화 규명 ... 5
• 나. DC magnetron sputtering 공정 중 n-type a-IGTO TFT 산소 분압비 최적화 및 열처리 온도에 따른 전기적 특성 변화 규명. ... 9
• 다. 산화물 반도체 기반 저온 공정 CMOS Inverter 최적화 및 전기적 특성 ... 12
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 14
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 14
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 14
• 3) 목표 달성 수준 ... 14
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 14
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 15
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 15
• 6. 자체점검표 ... 15
• 7. 참고문헌 ... 15
• 끝페이지 ... 29