스퍼터링 조건에 따른 Ge doped InGaO 산화물 박막 트랜지스터의 소자 특성과 신뢰성

Abstract

비정질의 게르마늄이 첨가된 Indium-Gallium Oxide (GIGO) 트랜지스터는 다양한 공정조건에서 제작되었다. 본 연구에서는 공정압력, 산소분압, 질소분압과 같은 스퍼터링 조건에 변화를 주면서 트랜지스터의 활성층을 제작하여 트랜지스터의 성능과 신뢰성을 연구하였다. 이를 통해 위에 언급된 각각의 스퍼터링 조건들이 소자의 성능과 신뢰성에 어떤 영향을 미치는지를 밝히고자 하였다. 첫번째, 공정압력이 소자에 미치는 영향에 대해 연구를 진행하였다. 그 결과, 공정압력이 감소할수록 소자의 문턱전압이 7.41V 에서 1.77V 로 이동하고 문턱전압 이하에서의 기울기가 0.6V/decade 에서 0.23V/decade 로 감소하고 전계효과 이동도는 3.44cm2/V·s 에서 11.73cm2/V·s 로 증가하고 음의 게이트 전압(-20V) 를 3000초 가하였을 때 이동하는 문턱전압의 변화량이 -5.80V 에서 -2.20V로 감소하고 양의 게이트 전압(+20V) 를 3000초 가하였을 때 이동하는 문턱전압의 변화량이 9.56V 에서 2.37V 로 감소하는 현상을 발견하였다. 두번째, 산소분압이 소자에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 그 결과, 산소분압이 감소할수록 문턱전압이 2.60V 에서 1.50V로 감소하고 문턱전압 이하에서의 기울기가 0.29V/decade 에서 0.12V/decade로 감소하고 전계효과 이동도는 11.33cm2/V·s 에서 14.46cm2/V·s 로 증가하였고 양의 게이트 전압 (+20V) 를 3000초 가하였을 때 이동하는 문턱전압의 변화량이 4.68V 에서 1.12V 로 감소하였다. 마지막으로, 질소분압에 변화를 주어서 질소첨가효과를 확인하였다. 그 결과, 문턱전압이 -1.88V 에서 3.08V 로 이동하고 문턱전압 이하에서의 기울기가 0.40V/decade 에서 0.18V/decade 로 감소하고 전계효과 이동도는 19.28cm2/V·s 에서 5.76cm2/V·s 로 감소하였고, 음의 게이트 전압 (-20V) 를 10800초 가하였을 때 이동하는 문턱전압의 변화량이 -6.25V 에서 -0.70V 로 감소하였다. 본 연구에서는 위에 언급한 각각의 스퍼터링 조건의 변화에 따른 소자의 성능과 신뢰성 변화원인을 밝히기 위해서 전자구조, 물리적 구조, 화학적 결합상태 등을 분석하였다.