제논 플래시 램프 디본딩 공정을 이용한 유연한 Zinc Oxynitride 다파장 광트랜지스터에 관한 연구

국문 초록 (Abstract)

최근 웨어러블 헬스케어 기기 및 차세대 디스플레이 산업의 급격한 성장 에 따라, 유연성과 투명성을 동시에 확보한 고성능 광전소자 제조 기술에 대한 수요가 증가하고 있다. 본 연구에서는 기존 레이저 리프트오프(LLO) 공정이 지닌 낮은 공정 수율과 국부적 열 손상에 따른 소자 신뢰성 저하 문 제를 극복하기 위해, 제논 플래시 램프(Xenon Flash Lamp, XFL)를 활용 한 대면적·단일 단계 공정 통합 전략을 제안한다. 먼저, 가시광선 영역에서 90% 이상의 높은 투과도를 가진 무색 폴리이미 드 기판 상에 좁은 광학적 밴드갭을 보유한 Zinc Oxynitrite (ZnON) 반도 체를 채널층으로 도입하였다. ZnON은 기존 IGZO 대비 가시광선 및 근적 외선 영역의 광자를 효율적으로 흡수할 수 있어, 별도의 외인성 감광층 없 이도 465 nm부터 850 nm에 이르는 광범위한 파장 대역에서 탁월한 광학 적 감응 특성을 나타낸다. 본 연구의 핵심 공정인 XFL 기반 디본딩은 Mo 광 흡수층의 광열 변환 메커니즘을 기반으로 수행되었다. 특히, 디본딩 과정에서 발생하는 잔류 에 너지가 알루미늄 스테이지로 손실되는 것을 방지하기 위해 더미 글래스를 활용한 환경을 구축함으로써 열처리 효과를 극대화하였다. XFL 공정 후 소 자의 문턱전압은 양의 방향으로 약 2.2V 이동하였으며, 암전류는 기존 대 비 약 100배 가량 급격히 감소하는 비약적인 성능 개선을 확인하였다. 이 는 외부 에너지 인가만으로 박막 내 산소 공공 및 계면 트랩을 효과적으로 제어했음을 물리적으로 입증하는 결과이다. 최종적으로 구현된 유연 ZnON 광트랜지스터는 높은 반응도와 선택도를 바탕으로 실시간 생체 신호 검출을 위한 웨어러블 센서 응용에서 우수한 성 능을 입증하였다. 본 연구가 제시하는 XFL 통합 공정 기술은 복잡한 후속 열처리 공정을 생략함과 동시에 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 경제적 이고 효율적인 제조 경로로서, 차세대 투명 유연 전자 시스템의 상용화를 앞당기는 데 기여할 것으로 기대된다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 제 2 장 이론적 배경 4
• 2.1 산화물 반도체 4
• 2.1.1 산화물 반도체 특성 4
• 2.1.2 Zinc Oxynitride 반도체 특성 8
• 2.2 광 트랜지스터 동작 원리 10
• 2.3 LLO 기술의 한계 및 제논 플래시 램프 기술의 대두 13
• 제 3 장 실험 방법 및 결과 16
• 3.1 공정 및 소자 제작 16
• 3.1.1 소자 구조 및 공정 조건 16
• 3.1.2 Glass 기판 상 채널 층 및 게이트 절연막 조건 최적화 18
• 3.1.3 박막 디본딩 조건 21
• 3.2 분석 및 측정 방법 23
• 3.2.1 전기적 특성 측정 23
• 3.2.2 투과율 분석 25
• 3.3 디본딩 조건 최적화 28
• 3.3.1 제논 플래시 램프 조사 조건에 따른 특성 변화 28
• 3.3.2 디본딩 전후 전달 특성 비교 30
• 3.3.3 디본딩 전후 X-ray Photoelectron Spectroscopy 분석 32
• 3.4 제작된 소자의 안정성 및 유연성 평가 37
• 3.4.1 소자 통계 분석을 통한 특성의 균일도 평가 37
• 3.4.2 전기적 안정성 평가 39
• 3.4.3 기계적 유연성 평가 42
• 제 4 장 광 트랜지스터 응용 45
• 4.1 다파장 광응답 특성 분석 45
• 4.1.1 파장별 광전류 반응 45
• 4.1.2 광학적 안정성 평가 51
• 4.2 웨어러블 PPG 센서 구현 55
• 4.2.1 PPG 센서의 원리 및 설계 55
• 4.2.2 파장별 PPG 신호 측정 결과 57
• 제 5 장 결론 및 고찰 61
• 참고문헌 62
• Abstract 71
• 발표논문 73