다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 균일성 향상을 위한 전계 유도 방향성 결정화

Abstract

현재 상용화되어 이용되고 있는 비정질 실리콘 박막 트랜지스터에 비해 다결정 실리콘 박막 트랜지스터는 소자의 전기적 이동도가 높고 구동 전류가 크기 때문에 고정세화를 통한 디스플레이의 고화질화의 실현이 가능할 뿐만 아니라 휴대전화나 휴대 정보 단말 등의 mobile 기기가 대중화됨에 따라 인프라(infra)가 구축되고 있고, 그에 따라 mobile 기기의 소형 경량화 추세로 진행되고 있으며 고해상도를 요구하는 고객과 사회의 특성에 발맞추어 나아갈 수 있다는 장점이 있다. 더 나아가 OLED (Organic Light Emitting Diode) 디스플레이는 얇은 구조, 빠른 응답속도 그리고 광 시야각 등의 특성으로 인하여 LCD (Liquid Crystal Display)를 대체할 수 있는 차세대 디스플레이로 각광을 받고 있다. 이러한 장점들은 특히 휴대용 디스플레이와 동화상 제품에 있어서 유용한 특성이다. 다결정 실리콘 박막 트랜지스터를 이용하여 OLED display 를 구동할 시 많은 장점이 있지만, 대면적화시 패널 내의 불균일한 트랜지스터의 특성이 OLED 패널의 휘도를 불균일하게 만들고, 이것은 화질이 떨어지는 단점을 가져온다. 본 연구에서는 전계 유도 방향성 결정화 (field aided lateral crystallization, FALC)공정을 이용한 양질의 다결정 실리콘 박막을 제작하고, 대면적 OLED 에 적용 가능한 channel 비율 (W/L=20 μm/20 μm)을 선택하여 3-inch 크기의 glass 에 다결정 실리콘으로 제작된 n-채널 박막 트랜지스터를 제작하였다. 트랜지스터의 source/drain 에 Ni 촉매금속을 증착하였고 각 트랜지스터의 source/drain 을 연결한 두 개의 공통 배선으로 38400 개의 TFT 에 1.64×10³ A/㎠ 이상의 전류밀도를 인가함과 동시에 500oC 에서 열처리를 하였다. 전계의 영향을 받은 각각의 트랜지스터는 모두 결정화 속도의 증가를 보였고, 균일한 결정화 체적 분율을 보였으며, 9% 미만의 전기적 특성 편차를 갖는 균일함도 보였다. 결과적으로 본 연구에서는 전계 유도 방향성 결정화된 다결정 실리콘 박막트랜지스터는 우수한 전기적 특성과, 특성 균일도 그리고 소자 신뢰성에 있어서 매우 우수한 특성을 가지는 것을 확인하였으며, 고품위 TFTLCD와 AMOLED 패널에 적용할 수 있음을 확인하였다.; Compared to the amorphous crystalline silicon thin-film transistors that are currently being used commercially, the poly-crystalline silicon thin-film transistors can offer a higher electrical mobility for the device and they can generate higher driving current. Hence, they can implement a high quality display through high resolution pixels. In addition, as the mobile devices such as cell phones and mobile information handsets gain their popularity, many infrastructures are being constructed and therefore, the mobile devices tend to be light weighted. The poly-crystalline silicon thin-film transistors can quickly cope with the customers and society’s demand for high resolution displays. Furthermore, the OLED (Organic Light Emitting Diode) display is receiving attraction as the next generational display since its slim structure and prompt response as well as the visual angle enables it to replace the LCD (Liquid Crystal Display). These advantages are especially useful for the mobile display and the motion picture products. Despite many advantages associated with operation of the OLED display using poly-crystalline silicon thin-film transistors, they also offer some disadvantages such as an irregular brightness and low quality of display caused by inconsistent characteristics of the transistors for larges sized displays. In this study, we manufacture a high quality poly-crystalline silicon thin-film using the field aided lateral crystallization (FALC) process and then selected a channel ratio(W/L=20 μm/20 μm) that is applicable to a large sized OLED. As a result, we made a n-channel thin-film transistor comprised of poly-crystalline silicon residing on a 3-inch glass. Using the vapor deposition method, we added Ni catalyst metal to the source and the drain. After connecting the sources and the drains of transistors, we used two common electrode to apply current density of 1.64×10³ A/㎠ or higher to 38400 units of TFT and simultaneously, we thermally processed them at temperature of 500oC. As it is affected by the field, each transistor showed an increase in the speed of crystallization while it displayed a regular ratio of crystalline-volume. It also showed some consistent outcome with less than 9% of discrepancy in electrical characteristics. Consequently, in this study, we confirmed that the multi crystalline silicon thin-film transistor made from the field aided lateral crystalline process have excellent electrical characteristics as well as in its regularity and reliability of the device. In brief, we verified that they can be successfully applied to both of the TFT-LCD and AMOLED panel products.