Oxide Thin-film Transistor with High-κ Gate Insulator and Ferroelectric Thin-film Transistor for Neuromorphic Application

Abstract

Oxide TFTs are used in high resolution, large area OLED TVs and low power wearable display backplanes because of their low temperature process, low off-current, and uniform device characteristics. In addition, research on integration with image sensors, memory, and processors is being actively conducted.

In this study, in line with this trend, we conducted research by utilizing the advantages of oxide TFT to secure stability, and apply it to post process as a low power, high performance device. A high-κ GI oxide TFT device, which is an alternative device for LTPO, and a synaptic device for future computing system were fabricated and evaluated.

We introduce the background of LTPO, the necessity of high-κ GI oxide TFT, and then, high-κ GI oxide TFT device fabrication, characteristic evaluation, and current driving force comparison with reference device. Finally, we introduce the limitations of the study results and the analysis of their causes.

And we introduce ferroelectrics, fabrication of synaptic devices to which they are applied, evaluation of electrical properties, and synaptic properties derived from voltage pulse scheme. Finally, the expansion and update operation from the unit element to the array and the verification method are introduced.|산화물 박막 트랜지스터는 저온 공정, 낮은 off-current, 균일한 소자 특성을 가지고 있어 고해상도, 대면적 OLED TV와 저전력 웨어러블 디스플레이 백플레인에 사용되며, 이미지센서, 메모리, 프로세서와의 집적에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 이러한 동향에 발맞추어 Oxide TFT의 장점을 살려 안정성을 확보하고 저전력, 고성능 소자로서 후 공정에 적용하여 연구를 진행하였다. LTPO의 대체 소자인 high-κ GI TFT 소자와 미래 컴퓨팅 기술의 시냅스 소자를 제작하고 평가하였다.

LTPO에 대한 배경 설명과 High-κ GI Oxide TFT의 필요성, 다음으로 High-κ GI Oxide TFT 소자 제작과 특성 평가 및 Reference 소자와의 전류 구동력 비교에 대해 소개한다. 마지막으로 연구 결과에 대한 한계점과 그 원인 분석을 소개한다.

다음으로 강유전체에 대한 소개와 이를 적용한 시냅스 소자의 제작과 전기적 특성 평가, 전압 펄스 체계로 도출한 시냅스 특성에 대해 소개한다. 마지막으로 단위 소자에서 배열로의 확장과 업데이트 동작과 검증 방법을 소개한다.