열 유도 주름 구조를 이용한 유연 박막 트랜지스터에 대한 연구

Abstract

본 논문은 Thermally Induced Wrinkles Structure 를 적용한 저온 공정 (≤ 200 ℃) Indium Gallium Tin Oxide (IGTO) 박막 트랜지스터 (ThinFilm Transistors, TFTs)의 제조에 대한 내용을 기술한다. 주 연구 내용으로, 기존의 유무기 박막 적층이 상이한 Young’s Modulus 및 열팽창 계수 특성을 갖는 점에 착안하여 간단한 후속 열처리 방법을 활용하여 주름 구조를 형성하였다. 주름 구조는 현재 Stretchable TFT 구현에 주목받고 있는 구조로 본 논문에서는 Polystyrene (PS)/Titanium (Ti)/Aluminum oxide (Al2O3) 적층 구조를 이용하여 200 ℃까지 안정적인 주름 구조 확보와 더불어 유무기 적층 구조의 두께, 열처리 온도 등 다양한 변수를 이용하여 주름 구조에 영향을 주는 변수에 대하여 규명하였다. 또한, 주름 구조 유무기 적층 구조 위 Sputtered IGTO 를 활성층으로, Al2O3 를 게이트 절연막으로 사용한 탑 게이트 구조의 TFT 전기적 특성 측정 시 발생한 전류 누설을 Titanium oxide (TiO2)로 대체하여 매우 낮은 공정 온도에도 불구하고 우수한 특성을 확보할 수 있었다. 해당 주름 구조 IGTO TFT 는 200 0C 의 낮은 공정 온도에서 25.72 cm2 /Vs 의 전계 효과 이동도 (Field-Effect Mobility, μFE), 5.94 V 의 문턱 전압 (Threshold Voltage, VTH), 0.091 V/decade 의 Subthreshold Swing (SS) 값, 0.036 V 의 Hysteresis 값 그리고 107 이상의 ION/OFF 점멸비 특성을 확인할 수 있었다.| We demonstrate the feasibility of stretchable oxide thin-film transistors (TFTs) on basis of thermally induced wrinkles structure engineering at a low temperature of 200 °C. The density of adverse cracks is reduced substantially through the smart design of Polystyrene (PS)/Titanium (Ti)/Aluminum oxide (Al2O3) stack. The wavelength and amplitude of thermally induced periodic wrinkle are well controlled by adjusting the thickness of each layer, thermal annealing step and the oxygen partial pressure during Al2O3 deposition. It is also identified that the deformation of both the wrinkle wavelength and amplitude is mitigated in a PS/Ti/Al2O3/IGTO stack compared to those in the PS/Ti/Al2O3 stack. Finally, PS/TiO2/Al2O3/IGTO TFTs with no current leakage using the optimized wrinkle structure was successfully fabricated, which exhibits the promising device performances including a high field-effect mobility of 25.27 cm2/Vs, a low subthreshold swing of 91 mV/dec, a threshold voltage of 5.94 V, a hysteresis of 0.036 V and a ION/OFF ratio > 107 even at a low annealing temperature of 200 0C.