산화 아연 트랜지스터의 제작과 특성 평가

Abstract

ZnO는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체로 3.37eV의 넓은 밴드갭으로 인해 LED, LD, 투명박막 트랜지스터 등 광전자 분야의 디바이스에 연구가 활발히 진행되고 있다. 기존의 비정질 실리콘은 성막공정이 간단하여 대면적이 용이하고 생산비용이 적게 들지만 전기적 신회성이 확보되지 못해서 광전자 분야의 디바이스 응용에 어려움이 있으며 폴리실리콘을 이용한 박막 트랜지스터는 결정화 방식 및 높은 공정온도로 인하여 대면적 응용이 매우 곤란하다. 한편 ZnO 박막은 낮은 온도에서 성막 하여도 다결정 박막의 증착이 가능하고 여러가지 기판으로의 응용이 가능하므로 차세대 디스플레이로 응용에 매우 적합하다. 하지만 ZnO를 이용한 트랜지스터는 몇 가지 문제점을 가지고 있다. 다결정임에도 불구하고 비교적 낮은 이동도를 가지고 있으며 부적절한 Threshold Voltage, 낮은 on/off ratio 등의 문제점이 그것이다. 이 문제점들로 인하여 여러 가지 특성을 고루 만족시키는 고성능의 디바이스 구현이 이루어지지 않고 있다. 본 논문에서는 ZnO 박막 트랜지스터를 제작 하였으며 그 과정에서 Miss-Align이라는 새로운 Photo-lithograph 방법을 사용하였다. ZnO Film은 Sputtering 방법으로 증착 하였으며 ZnO Film과 Electrode의 Ohmic contect을 위하여 Titanium Gold 전극을 사용하였다. XRD(X-ray diffractiometer)를 사용하여 ZnO Film의 결정을 분석 하였으며 SEM(Scanning electron microscope)를 이용하여 Flim 표면을 관찰 하였다. 그리고 Room Temperature Probe System을 이용하여 소자의 Transfer Characteristic을 측정 하였다.; Zinc oxide (ZnO) is a II-VI compound semiconductor with hexagonal wurtzite structure and a wide direct band gap. ZnO flms have optical transparency, high refection constant, large piezoelectric constant, and ultraviolet (UV) emission properties. ZnO flms have optical transparency, high reflection constant, large piezoelectric constant, and ultraviolet (UV) emission properties. We fabricated Thin film transistor using Miss-align technic. First we deposited Si₃N₄ film for preventing silicon oxide from demage on silicon wafer which has 4nm silicon oxide by rf sputtering of 100W power. After that we sputtered ZnO film on Si₃N₄ which has 30㎛ gap. In process of electrode photo lithograph, we use the miss-align technic for accuracy of align. Finally we deposit titanium and gold for electrode. The ZnO thin film transistor showed on/off ratio of ~104 and field effect mobility 1~2cm²/Vs in the enhancement mode operation.