산화 제1주석 반도체 박막 트랜지스터에 란타늄 도핑 효과에 대한 연구

Abstract

본 논문은 p 형 반도체 층으로써 란타늄 (La)을 도핑을 시킨 산화 제1주석 (tin monoxide, SnO) 박막을 재료적 및 전기적 특성을 평가하였다. 1.9 at%의 La 도핑은 부드러운 표면 계질 (界質, surface morphology)를 동반하며 (101) 방위 집합조직 정방정계 (tetragonal) SnO 상의 형성을 일으켰다. La이 도핑이 되어진 SnO 박막 내에 존재하는 La 양이온은 n 형 Sn4+ 상의 형성을 감소시켰다. La 가 도핑 되지 않은 SnO 박막과 함께 비교했을 때, SnO 박막의 La 도핑은 정공 이동도와 정공 캐리어 농도를 증가시켜 p 형 박막 트랜지스터에서 우수한 반도체 특성을 보이게 하였다. 성능의 향상 이유는 La가 SnO 혹은 산화 주석 (tin dioxide, SnO2) 결정 내 주석 (Sn) 자리를 치환하는 반응이 아닌, post deposition annealing (PDA) 중 Sn2+에서 Sn0+Sn4+로의 불균등화 반응(disproportionation conversion) 및 SnO2 상의 성장 억제에 의한 것으로 설명될 수 있다. 한편 La 도핑 한 SnO 산화물 반도체의 TFT 특성을 평가하기 위해, thermal oxidation silicon oxide (SiO2)를 절연체로 사용한 바텀 게이트 구조 (bottom gate structure)의 TFT를 제작하여 평가를 진행하였다. La을 도핑 하지 않은 대조군 SnO TFT는 각각 0.29 cm2/Vs 및 5.4×102의 전계이동도와 점멸비 (ION/OFF)를 보였지만, 1.9 at% La이 도핑 된 SnO TFT에서는 각각 1.2 cm2/Vs 및 7.3×103의 향상된 전계 이동도와 ION/OFF 특성을 보였다. 부드러운 표면 계질 및 La이 도핑 된 SnO 산화물 반도체 내의 감소한 gap-state 농도에 기반하여 성능이 향상된 원인을 토의하였다.