MOCVD를 이용한 ZnO thin-film transistor의 특성 연구 - 최효식 (The Graduate School, Ajou University, 2008)
산화물 반도체 ZnO는 3.4eV의 넓은 에너지 밴드갭과 실온에서 60meV의 큰 exciton 결합에너지를 갖는 직접 천이형 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체이다. GaN와 같은 Wurtzeit 결정 구조이며 격자 부정합도가 2.2% 정도에 불과하여 계면에서의 결함밀도를 줄 일 수 있으며 큰 exciton binding energy는 고효율의 발광이 가능하여 LED,LD 제조에서 큰 주목을 받고 있다. 또한 박막 트랜지스터로 ZnO를 사용하는 경우 넓은 에너지 밴드 갭을 가지고 있기 때문에 가시광 노출에도 그 특성이 저하되지 않아 보호막이 필요 없게 되어 TFT 구조가 간단해지며 높은 채널 이동도로 인해 drive current가 높아 더 빠른 소자의 동작 속도를 얻을 수 있다. 투명한 산화물 반도체의 사용으로 픽셀의 개구율이 향상되므로 빛의 발광 및 빛의 효율을 높여주어 전력소모를 줄일 수 있으며 공기, 습도 등에 대한 안전성이 뛰어나며 습식 식각이 가능한 장점이 있다. 이러한 특성을 바탕으로 MOCVD(metal organic chemical vapor deposition)를 이용하여 ZnO-TFT를 제작하였다. ZnO 박막의 성질은 SEM, XRD, PL, FE-SEM, SIMS의 측정을 통하여 관찰하였다. 성장 온도가 높을 수 록 박막의 질은 향상되었으나 TFT를 제작하여 mobility, on/off ratio를 측정한 결과 저온에서 성장한 박막이 더 좋은 결과를 보였다. SIMS의 측정 결과를 통해 수소의 농도가 영향을 미치는 것을 확인하였다. 수소가 defect passivation을 하여 mobility와 on/off ratio가 향상되었으며 이에 따라 MOCVD 성장 중 수소를 주입하여 얻은 박막의 특성을 측정한 결과 mobility와 on/off ratio가 향상되는 결과를 얻었다. 따라서 ZnO-TFT의 mobility, on/off ratio는 ZnO 박막에 포함된 수소의 농도에 따라 높은 mobility와 on/off ratio를 얻을 수 있다는 결론을 얻었으며 이는 성장 온도 및 조건 그리고 수소 가스의 주입으로 그 특성을 향상 시킬 수 있다.
학위논문(석사)----아주대학교 일반대학원 :전자공학과,2008. 2
Keywords: MOCVD; ZnO; transistor