원자층 증착법을 이용한 Indium Oxide 기반의 All-Transparent 트랜지스터 특성 평가 연구

Abstract

본 실험은 원자층 증착법을 이용한 이종 접합 산화물을 증착 진행하며 이를 통해 두 박막 사이 계면에서 준 이차원 전자 구름 구조를 유도하여 채널 층과 전극 층의 특성을 향상시켜 TFT 특성을 향상시키는 연구를 진행하였다. In2O3 채널 층의 경우, as-deposition 상태에서 고온일수록 더 높은 전도 특성을 띄었지만, 3nm Al2O3 증착 이후 많은 캐리어 생성으로 인해서 scattering이 발생하여 175℃에서 증착한 채널 층이 가장 뛰어난 채널 층 특성을 띄었다. 두께의 경우, 채널 층의 증착 두께가 두꺼울수록 더 좋은 전도 특성을 확인 할 수 있었다. 하지만 두꺼운 두께의 경우 기존 특성이 매우 좋고 박막이 두꺼워 준 이자원 전자구름 구조의 영향이 덜하여 전도 특성 향상의 정도가 적었다. 이를 통해 5nm, 7nm의 In2O3 박막의 특성이 가장 도드라지게 향상한 것을 확인하였다. 또한, I-V curve 측정 결과 5nm의 경우 Al2O3 증착 전 매우 낮은 current level을 띄었으나, 3nm Al2O3 증착 후 기존 증착한 7nm, 10nm와 동일한 current level을 확인할 수 있었다. 이를 통해 최종적으로 175℃에서 5nm 증착한 In2O3와 200℃에서 3nm 증착한 Al2O3를 채널 층으로 이용 시 가장 뛰어난 특성을 띈다고 판단하였다. 전극의 경우, In과 Sn을 비율 최적화를 통해 19:1 비율에서 가장 낮은 면저항을 확인하였다. 공정 온도의 경우, 기존 as-deposition 상태의 ITO는 300℃에서 증착한 전극이 가장 면저항이 낮았지만 3nm Al2O3 증착 후 275℃에서 증착한 ITO가 가장 면저항이 낮았으며 이때 면저항은 약20Ω/□으로 매우 낮은 값을 띄었다. 이는 상용화된 100nm ITO와 비교하였을 때 약 5배 낮은 값으로 매우 좋은 특성을 띄는 전극이라고 판단된다. 또한, On/off ratio 107, threshold voltage 0.36V, subthreshold voltage 127mV/decade 특성의 높은 소자 특성을 확인할 수 있었으며, 이때 낮은 공정 온도와 얇은 두께에도 불구하고 ALD를 통해서 한계를 극복하였다. 이를 UV-vis를 통해 확인하였으며 투과도의 경우 가시광선 영역에서 90% 이상의 투과도를 띄었다. Roughness 경우, RMS 0.402nm로 매우 uniform한 박막 제작을 통해 박막 특성 향상 및 투과도 향상을 유도한 것으로 판단된다. 이를 바탕으로 M3D 상부층의 최상단에 고성능의 all-transparent TFT를 적용하게 됨으로써 In2O3의 온도 및 가스 sensing 특성을 활용하여 다중 sensor를 제작할 수 있을 것으로 판단된다. 따라서 전 공정을 ALD를 통해 낮은 roughness와 높은 uniformity, 낮은 공정온도, 낮은 공정 비용 그리고 높은 전도 특성의 TFT를 제작할 수 있었으며 이를 통해 M3D 3D 다중 sensor 가능성을 확인하였다.