ITO를 이용한 고속전류경로의 투명 비정질 InGaZnO 박막트랜지스터의 신뢰성 평가

Abstract

Flat Display Panels(FDP) 시장은 매년 1,000억달러 규모로 성장해 왔으나, 최근 디스플레이 시장을 주도하던 LCD 산업의 둔화와 High-End제품등의 수요의 급증은 차세대 디스플레이 개발의 필요성을 나타내고 있다. 차세대 디스플레이는 High Definition(HD), Three Dimensions(3D)와 같은 현실감 전달과 투명하며 Flexible한 편리함이 요구되어 지고 있으며, 이에 따라 디스플레이의 핵심 소자인 Thin Film Transistor(TFT)의 연구 개발은 차세대 디스플레이 산업 발전에 필수적으로 적용된다.

본 논문은 차세대 투명 디스플레이에 적용을 목적으로 한 high Performance을 가지는 Transparent Thin Film Transistor(TTFT)에 대한 연구를 하였다. 디스플레이 해상도에 중요한 요인으로 작용하는 TFT 소자의 전자 이동도 향상을 위해 커다란 밴드갭(3.4eV)과 높은 캐리어농도(>1015cm-3)와 높은 홀 이동도(>10cm2⋅V-1s-1)의 우수한 특성을 가지는 Amorphous Indium Gallium Zinc Oxide(a-IGZO)를 활성층으로 사용하였으며, 활성층(a-IGZO) 내부에 고속 전류 경로(Enhanced Mobility Current Path, EMCP)층을 삽입한 형태의 dual 활성층 구조를 적용하여 고이동도의 TFT를 구현하고자 하였다. 또한, TFT에 사용된 모든 전극은 1×10-3Ω/cm이하의 비저항, 10∼50cm2⋅V-1s-1의 홀 이동도, 1020cm-3이상의 캐리어농도와 300∼800nm의 가시광 영역에서의 80%이상의 높은 투과율을 가지는 Indium Tin Oxide(ITO)를 사용하여 전체 개구율을 향상시켜, 고해상도의 투명 디스플레이 적용이 가능한 TFT소자를 구현하고자 하였다. 이에 Amorphous Indium Gallium Zinc Oxide(a-IGZO)를 활성층으로 사용한 Bottom Gate structure에 모든 전극을 ITO로 사용하여 제작, 특성을 평가 하였다. 고속 전류 경로의 길이의 증가에 따라 포화 이동도는 비례적으로 증가하였으며, 80um 길이의 활성층 안에 60um 길이의 고속전류 경로를 사용하였을 때, 42.4cm2/Vs의 높은 포화 이동도를 나타내었다. 이는 전체 활성층의 길이에 고속 전류 경로의 길이가 75%를 가질 때 이동도는 118% 증가한 수치이며, 3.5V의 문턱전압, 0.4V/dec의 문턱전압 이하의 기울기, 107의 ON/OFF ratio의 high Performance의 소자 특성을 나타내었음을 확인할 수 있었다. 또한 소자 수준의 투과도를 분석하기 위해 제작 되어진 IGZO/SiNx/ITO/Glass 박막은 300∼800nm의 가시광 영역에서 평균 80% 이상의 높은 투과율을 나타내었다