이중채널을 이용한 고이동도 산화물 박막 트랜지스터의 전기적 특성 연구

Abstract

비정질 In-Ga-Zn-Oxide(a-IGZO)는 우수한 광학적, 홀 이동도 특성을 가지며, 증착의 용이함으로 박막 트랜지스터(Thin-film transistor, TFT) 기술에 적용되어 왔다. 또한, a-IGZO TFT는 off-상태에서 낮은 누설 전류 특성을 보여 디바이스의 대기 전력 소모량을 크게 감소시킨다. 그러나, Si 기반의 디바이스와 비교하여 여전히 전계 효과 이동도는 더욱 향상될 필요가 있다.

이러한 a-IGZO TFT의 전계 효과 이동도를 증가시키기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. 그 중 이중 채널 구조를 활용하여 TFT의 이동도를 향상 시키는 방법이 있다. 이중 채널 구조의 이동도 향상의 기원은 높은 전자 농도를 제공하는 채널층과 낮은 off-전류 (Ioff)를 유지하는 채널층의 조합이다. 또 다른 메커니즘으로는 이종 접합 층 계면에서의 에너지 밴드 불연속성에 의한 캐리어 집속으로 고 전자농도 경로를 형성하는 것이다. 본 연구에서는 이러한 메커니즘을 이용하기 위해 높은 전자 농도를 갖는 InSnO(Indium tin oxide, ITO)박막과 낮은 Ioff 특성을 보이는 a-IGZO 박막을 접합하여 이중 채널을 형성하였다. ITO와 a-IGZO 박막은 모두 sputtering 공정을 이용하여 상온에서 증착 후, 습식 식각 공정을 통해 한 번에 패터닝 하였다. 따라서 추가적인 공정을 많이 요구하지 않아 공정의 용이성을 확보하였다.

ITO/IGZO 이중 채널 TFT를 제작 후, 전기적 특성을 분석한 결과 선형 전계 효과 이동도는 89.1 cm2/V․s으로, a-IGZO 단일 채널 TFT의 12.7 cm2/V․s과 비교하여 크게 증가하였다. 추후 연구를 통해 ITO의 grain boundary 이슈 해결 및 전자 농도 조절을 통해 전도도를 향상시킨다면, 더욱 높은 이동도를 갖는 TFT를 구현할 수 있을 것으로 기대된다.