인듐-주석 산화물 기반 박막 트랜지스터 소자성능에 TiO2 첨가 및 이중채널구조가 미치는 영향

Title
인듐-주석 산화물 기반 박막 트랜지스터 소자성능에 TiO2 첨가 및 이중채널구조가 미치는 영향
Authors
김지인
Keywords
인듐주석산화물기반박막트랜지스터소자성능에tio2첨가및이중채널구조가미치는영향
Issue Date
2012
Publisher
인하대학교
Abstract
Indium tin oxide (ITO) films are representative transparent conducting oxide media for organic light-emitting diodes, liquid crystal displays, and solar cell applications. Extending the utility of ITO films from passive electrodes to active channel layers in transparent field-effect transistors (FETs), however, has been largely limited due to the materials’ high carrier density (>1020 cm-3), wide bandgap, and polycrystalline structure. Here, we demonstrate that control over the cation composition in ITO-based oxide films via solid doping of titanium(Ti) can optimize the carrier concentration and suppress film crystallization. On 120 nm thick SiO2/Mo(200nm)/glass substrates, transparent n-type FETs prepared with 4 at.% Ti-doped ITO films and fabricated via the co-sputtering of ITO and TiO2 exhibited high electron mobilities of 13.4 cm2/Vs, a low subthreshold gate swing of 0.25 V/decade, and a high Ion/Ioff ratio of >108. Another study examined the thickness effect of ITO on the performance and bias reliability of the zinc-tin oxide (ZTO) thin film transistors (TFTs). The 3.5-nm-thick ITO-inserted ZTO TFTs exhibited much improved mobility of 43.2 cm2/Vs compared to that (31.6 cm2/Vs) of only ZTO TFTs. Furthermore, the threshold voltage shifts for the ZTO/ITO bi-layer device were simultaneously diminished from 1.43 V and -0.88 V (only ZTO device) to 0.46 V and -0.41 V under both positive and negative bias stress, respectively. This improvement can be attributed to the reduction of the interfacial trap density for the ITO-inserted ZTO device.
Description
제 1 장 서론 1 제 2 장 이론적 배경 5 2-1. 산화물 박막 트랜지스터 소자 기술 5 2-1-1. 산화물 반도체 소자의 역사 5 2-1-2. 산화물 반도체의 특징 8 2-1-3. TFT의 종류 및 구조 9 2-1-4. TFT의 동작 원리 12 2-2. ITO 박막 15 2-3. 스퍼터링(sputtering)의 원리 16 제 3 장 실험 방법 21 3-1. 박막 트랜지스터 제작 21 3-1-1.동시증착법을 이용한 Ti-In-Sn-O 채널 TFT 소자 21 3-2-2. ZTO/ITO 이중층 구조를 갖는 TFT 제작 22 3-2. 실험 장비 24 3-2-1. Magnetron sputter 24 3-2-2. 측정 장비 및 분석 방법 26 제 4 장 실험 결과 27 4-1. Ti-In-Sn-O 박막 분석 및 TFT 소자 특성 27 4-2. ZTO/ITO 이중층 구조를 갖는 TFT 소자 특성 40 제 5 장 결론 50 제 6 장 참고 문헌 53 ABSTRACT 56 그림 1-1. 단결정 InGaO3(ZnO)5 층상 결정 구조 및 고분해능 전자현미경 이미지 7 그림 1-2. 실리콘과 InGaZnO 반도체 재료의 오비탈 구조 비교 11 그림 2-1. 박막트랜지스터의 구조 18 그림 2-2. 스퍼터링 현상 18 그림 2-3. DC 스퍼터링 및 RF 스퍼터링의 개략도 18 그림 3-1. Ti-In-Sn-O 박막 트랜지스터 구조도 23 그림 3-2. ZTO/ITO 채널 이중층을 갖는 박막 트랜지스터 구조도 23 그림 3-3. 마그네트론 스퍼터 25 그림 4-1. Ti-In-Sn-O 박막의 투과도 및 광학적 밴드갭 28 그림 4-2. ITO 및 Ti-In-Sn-O 박막의 AFM 2차원 이미지 30 그림 4-3. ITO 및 Ti-In-Sn-O 박막의 XRR 패턴 32 그림 4-4. (a) ITO 및 Ti-In-Sn-O 박막의 2차원 GIXD 패턴, (b) Out-of-plane GIXD 패턴 34 그림 4-5. ITO 및 Ti-In-Sn-O 박막의 XPS 결과 36 그림 4-6. Ti-In-Sn-O 박막 트랜지스터의 전기적 특성 곡선: (a) 각 조건 별 트랜스퍼 특성 곡선, (b) Ti4In89Sn7O 조건에서의 output curve 38 그림 4-7. ITO 박막의 AFM 이미지 41 그림 4-8. ITO 증착 시간 별 XRR 패턴 41 그림 4-9. XRR과 ellipsometry를 이용한 박막의 두께 42 그림 4-10. ZTO 및 ZTO/ITO 박막 트랜지스터 트랜스퍼 곡선 44 그림 4-11. NBS 조건 하에서의 (a) ZTO, (b) ZTO/ITO(3.5nm)의 특성곡선 변화 46 그림 4-12. PBS 조건 하에서의 (a) ZTO, (b) ZTO/ITO(3.5nm)의 특성곡선 변화 46 그림 4-13. 시간 변화에 따른 문턱전압의 변화 47 그림 4-14. (a) ZTO, (b) ZTO/ITO(3.5nm) 소자에서 온도 변화 시 특성곡선 변화, (c) VG에 따른 활성화 에너지(Ea) 변화 49 그림 4-15. 금속-반도체 전이 모델에서 전류-전압 특성 곡선 (a) ITO 3.5 nm, (b) ITO 4.5 nm 50 표 1-1 박막트랜지스터 비교 4 표 4-1 Ti-In-Sn-O 박막의 양이온 정량적 변화 28 표 4-2 ITO 및 Ti-In-Sn-O 박막의 두께 32 표 4-3 ITO 및 Ti-In-Sn-O 박막 트랜지스터의 전기적 특성 값 38 표 4-4 이중층 채널을 갖는 소자의 전기적 특성 44
URI
http://dspace.inha.ac.kr/handle/10505/23432
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College of Engineering(공과대학) > Materials Science & Engineering (신소재공학) > Theses(신소재공학 석박사 학위논문)
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