하프늄이 도핑된 알루미늄-산화아연 박막 트랜지스터의 특성 및 안정성 연구

Abstract

산화물 반도체(amorphous oxide semiconductor, AOS)를 채널 층으로 사용하는 박막 트랜지스터(thin-film transistor, TFT)는 기존의 비정질 실리콘(hydrogenated amorphous silicon, a-Si:H)을 채널층으로 사용하는 TFT의 낮은 이동도 및 구동 전압에 대한 안정성 문제 등을 극복하기 위한 대체 기술로써 널리 연구되고 있다. 그 중에서도 인듐(indium, In) 및 갈륨(gallium, Ga)을 도핑한 산화 아연(zin, oxide, ZnO)을 채널 층으로 사용하는 In-Ga-ZnO TFT는 삼성, LG 등의 기업체부터 각 종 연구소 및 대학교에서 가장 집중적으로 연구되고 있다. 하지만 인듐의 경우 희토류 금속으로써 가격 상승의 문제가 있으며, 갈륨은 산소와의 낮은 결합력으로 인해 TFT로 제작했을 경우 소자의 안정성에 취약하다는 문제가 제기되었다. 본 연구에서는 인듐 및 갈륨을 대체하기 위하여 알루미늄이 도핑된 산화 아연 박막에 하프늄(hafnium, Hf) 을 도핑함으로써 Hf-Al-Zn-O 박막을 제작하였다. 또한 하프늄의 도핑 농도를 조절하고, 수소 및 아르곤 플라즈마 처리를 채널층과 절연층 사이에 처리함으로써 HAZO 박막의 구조적, 광학적, 전기적 물성 변화에 대해 미치는 영향을 분석하였으며, HAZO-TFT에 미치는 영향을 분석하였다. 또한, AZO-TFT 및 HAZO-TFT를 제작하여 빛, NBIS하에서 AZO-TFT 및 HAZO-TFT의 신뢰성을 분석하여 HAZO 박막이 TFT의 채널 층으로 활용 될 수 있는 가능성을 제시하였다.