UV 조사에 따른 a-IGZO 박막의 전기적 특성 변화를 이용한 Dual Active Layers TFT의 이동성 향상

Abstract

산화물 반도체 중에서도 amorphous indium-gallium-zinc-oxide(a-IGZO)는 비정질로써 좋은 균일성을 가지고 있어 대면적화하기에 적합하며, 10 cm2/V·sec 이상의 비교적 높은 이동도를 가지고 있기 때문에 현재 디스플레이 back-plane 소자로 차세대 디스플레이 산업에서 가장 유력한 대안으로 떠오르고 있다. 하지만, a-IGZO 박막트랜지스터의 경우 기존 실리콘 기반의 박막트랜지스터(thin film transistor, TFT)에 비하여 전자 이동도가 향상 된 수준이기는 하나, 대형 AMOLED TV에 적용되는 OLED pixel의 경우 일반적으로 전류 주입을 통해 빛을 방출 할 때 높은 전류를 필요하며, 요구되어지는 디스플레이 해상도와 pixel-circuit에 따라 30 cm2/V·sec 이상의 높은 전자 이동도를 갖는 TFT 개발이 필요하다.

따라서 본 논문에서는 기존의 a-IGZO 박막트랜지스터의 구조를 개선하여 이동도를 향상시킴과 동시에 간편하면서도 넓은 면적에서 균일하게 전기적 특성을 제어 할 수 있는 permanent optical doping이라는 광학적 방법을 이용하여 high performance 특성을 갖는 dual active layer thin film transistor(DAL TFT)에 관하여 연구를 하였다. TFT의 active layer는 산화물 반도체 중에서도 우수한 전기적 특성을 보이는 a-IGZO를 이용하였으며, permanent optical doping이라는 광학적 방법을 통해 얻은 homogeneous embedded conductive layer(HECL)를 채널경로에 삽입함으로써 전자 이동도를 향상 시키고자 하였다. 뿐만 아니라 HECL가 채널경로에 직접적으로 주는 영향을 확인하고자, active layer의 길이보다 짧은 범위 내에서 HECL의 길이를 변화 시켜가며 전기적 특성을 평가 하였다. 실험 결과, 80µm length의 active layer 내에 부분적으로 60µm length의 HECL를 삽입 하였을 때 가장 높은 이동도 47.30 cm2/V·sec를 나타내었으며, 이는 전체 active layer의 길이에 HECL의 길이가 75%를 가질 때 이동도가 약 60% 증가한 수치이며, 문턱전압 3.91, SS 0.32V/decade, 107의 on/off ratio를 갖는 high performance의 소자 특성을 확인 할 수 있었다.