Si3N4 절연막을 사용한 IGZO 박막 트렌지스터의 Al2O3 완충층 적용을 통한 안정성 증대

Abstract

차세대 디스플레이는 유연하고, 투명하고, 저소비 전력의 디스플레이 소자가 요구되고 있다. 최근 이러한 장점을 가지고 있는 디스플레이에 대한 개발과 연구가 활발히 진행되고 있다. 비정지 수소 처리된 실리콘(a-Si:H), 다결정 실리콘(LTPS), 유기물 반도체(Organic semiconductor) 등 TFT에 적용되는 여러 소자들 중에서 비정질 상태에서도 우수하고, 낮은 온도에서 공정이 가능하며, 투명하고, 유연한(Felxible) 디스플레이 구동 및 스위칭 소자인 산화물 반도체(Oxide semiconductor)에 대한 연구가 집중되고 있다. 산화물 반도체(Oxide semiconductor) 물질은 n형의 결정성 ZnO나 n형의 비정질 산화물 반도체 a-IGZO를 통한 연구가 진행되고 있다. 이러한 산화물 반도체 중에서 특별히 a-IGZO는 이동도가 우수하여 디스플레이 구동회로로 유리학, 저온 공정이 가능하며, 반도체의 밴드갭이 3 eV 이상이어서 가시광선 영역에서 투명하기 때문에 투명 소자로 제작이 수월한 장점을 가지고 있다. 초기 산화물 반도체는 캐리어의 농도를 제어하기가 어려워 적절한 소자를 제작하기 어려웠다. ZnO 계열의 산화물 반도체에 Ga(Gallium)을 도핑하여 안정성을 높이고, 큰 반경을 가지는 In(Indium) 이온을 첨가하여 이동도를 크게 올린 물질이 a-IGZO이다. a-IGZO는 4 성분계 산화물 반도체 이므로 그 특성이 상당히 민감하다. 따라서 신뢰성 있는 소자 구현을 위해 현재 더욱 많은 연구가 필요한 시점이다. 본 연구에서는 Si3N4를 게이트 절연층으로 사용한 a-IGZO TFT에서 절연층과 채널층 계면 사이에 valence offset이 0.15eV이하로 이로 인해 hole trapping 이나 injection등의 문제가 발생한다. 이에 high-k 물질인 Al2O3을 버퍼로 사용하여 a-IGZO TFT의 특성을 개선시키고자 하였다. 그리고 ALOLED나 LCD에 사용되는 TFT의 경우 장기구동으로 bias에 의한 stress와 back light등의 열과 빛에 의한 stress로 인한 TFT의 특성변화를 확인 하기 위하여 Negative gate bias illumination stress 실험과 열을 가하여 특성을 측정하여 박막 트랜지스터의 stability에 대하여 논의 하고자 한다. 먼저 최적화된 Al2O3 버퍼층을 얻고자 Thermal ALD와 RPALD를 사용하여 TFT의 특성을 확인하여 본 결과 Thermal ALD의 경우 Al2O3 막내에 hydrogen의 density가 높아 trap으로 작용하기 때문에 Al2O3 막을 RPALD로 올리기로 하였다. a-IGZO TFT의 Negative gate bias illumination stress 에 대한 안정성을 확인하기위해 단일 파장을 조사하에 Vs에 0.1V를, Vg에 -20V를 5000s 동안 인가하여 특성 변화를 논의 하고자 한다. 열에 대한 안정성을 확인하기 위하여 TFT의 온도를 증가시키면서 각각의 온도에서 TFT의 특성을 측정하여 Vth의 변화량을 확인하여 논의 하였다.