C<SUB>60</SUB>(buckminsterfullurene) 홀주입층을 적용한 유기박막트랜지스터의 성능향상

이문석(Moonsuk Yi) 대한전자공학회 2008 電子工學會論文誌-SD (Semiconductor and devices) Vol.45 No.5

본 연구에서는 유기반도체인 펜타센과 소스-드레인 금속전극사이에 C60을 홀주입층으로 적용한 유기박막트랜지스터를 제작하여 C60을 삽입하지 않은 소자와의 전기적특성을 비교하였다. C60/Au 이중전극을 사용한 소자의 경우 Au단일전극을 사용한 소자와 비교하였을 때 전하이동도는 0.298 ㎠/V·s에서 0.452 ㎠/V·s , 문턱전압의 경우 -13.3V에서 -10.8V로 향상되었으며, contact resistance를 추출하여 비교하였을 경우 감소함을 확인할 수 있었다. 이러한 성능의 향상은 C60을 Au와 pentacene 사이에 삽입하였을 경우 Au-pentacene 간의 원하지 않는 화학적 반응을 막아줌으로써 홀 주입장벽를 감소시켜 홀 주입이 향상되었기 때문이다. 또한 Al을 전극으로 적용한 OTFT도 제작하였다. 기존에 Al은 OTFT에 단일전극으로 사용하였을 경우 둘간의 높은 홀 주입장벽으로 인해 채널이 거의 형성되지 않았으나, C60/Al 이중전극을 사용한 소자의 경우 전하이동도와 전류점멸비은 0.165 ㎠/V·s, 1.4×10⁴ 으로써 Al를 단일전극으로 사용하는 소자의 전기적 특성에 비해 크게 향상되어진 소자를 제작할 수 있었다. 이는 C60과Al이 접합시에 interface dipole의 형성으로 Al의 vacuum energy level이 변화로 인한 Al의 work function이 증가되어 pentacene과 Al간의 hole injection barrier가 감소되었기 때문이다. In this study, we fabricated Organic Thin Film Transistors (OTFTs) with C60 hole injection layer between organic semiconductor (pentacene) and metal electrode, and we compared the electrical characteristics of OTFTs with/without C60. When the C60 hole injection layer was introduced, the mobility and the threshold voltage were improved from 0.298 ㎠/V·s and -13.3V to 0.452 ㎠/V·s and -10.8V, and the contact resistance was also reduced. When the C60 is inserted, the hole injection was enhanced because the C60 prevent the unwanted chemical reaction between pentacene and Au. Furthermore, we fabricated the OTFTs using Al as their electrodes. When the OTFTs were made by only aluminum electrode, the channel were not mostly made because of the high hole injection barrier between pentacene and aluminum, but when the C60 layer with an optimal thickness was applied between aluminum and pentacene, the device performances were obviously enhanced because of the vacuum energy level shift of Al and the consequent decrease of the hole injection barrier which was induced by the interface dipole formation between C60 and Al. The mobility and ION/IOFF current ratio of OTFT with C60/Al electrode were 0.165 ㎠/V·s and 1.4×10⁴ which were comparable with the normal Au electrode OTFT.

HfO₂-Si의 조성비에 따른 HfSiO_x의 IZO 기반 산화물 반도체에 대한 연구

조동규,이문석,Cho, Dong Kyu,Yi, Moonsuk 대한전자공학회 2013 전자공학회논문지 Vol.50 No.2

본 연구에서는 IZO를 활성층으로 하고 $HfSiO_x$를 절연층으로 한 TFT에 대하여 그 성능을 측정하였다. $HfSiO_x$는 $HfO_2$ target과 Si target을 co-sputtering 하여 증착하였으며 RF power를 달리 하여 네 가지의 $HfSiO_x$ 박막을 제작하였다. 공정의 간소화를 위해 게이트 전극을 제외한 모든 층들은 RF-magnetron sputtering system과 shadow mask만을 이용하여 증착하였으며 공정의 간소화를 위해 어떠한 열처리도 하지 않았다. 네 가지 $HfSiO_x$ 박막의 구조적 변화를 X-ray diffraction(XRD), atomic force microscopy(AFM)을 통해 분석하였고, 그 전기적 특성을 확인하였다. 박막 내 $HfO_2$와 Si의 조성비에 따라 그 특성이 현저히 차이가 남을 확인하였다. $HfO_2$(100W)-Si(100W)의 조건으로 증착한 $HfSiO_x$ 박막을 절연층으로 한 소자의 특성이 전류 점멸비 5.89E+05, 이동도 2.0[$cm^2/V{\cdot}s$], 문턱전압 -0.5[V], RMS 0.263[nm]로 가장 좋은 결과로 나타났다. 따라서 $HfSiO_x$ 박막 내의 적절한 $HfO_2$와 Si의 조성비가 계면의 질을 향상시킴은 물론, $HfO_2$자체의 trap이나 defect를 효과적으로 줄여 줌으로써 소자의 성능 향상에 중요한 요소라 판단된다. In this work, we investigated the enhanced performance of IZO-based TFTs with $HfSiO_x$ gate insulators. Four types of $HfSiO_x$ gate insulators using different diposition powers were deposited by co-sputtering $HfO_2$ and Si target. To simplify the processing sequences, all of the layers composing of TFTs were deposited by rf-magnetron sputtering method using patterned shadow-masks without any intentional heating of substrate and subsequent thermal annealing. The four different $HfSiO_x$ structural properties were investigated x-ray diffraction(XRD), atomic force microscopy(AFM) and also analyzed the electrical characteristics. There were some noticeable differences depending on the composition of the $HfO_2$ and Si combination. The TFT based on $HfSiO_x$ gate insulator with $HfO_2$(100W)-Si(100W) showed the best results with a field effect mobility of 2.0[$cm^2/V{\cdot}s$], a threshold voltage of -0.5[V], an on/off ratio of 5.89E+05 and RMS of 0.26[nm]. This show that the composition of the $HfO_2$ and Si is an important factor in an $HfSiO_x$ insulator. In addition, the effective bonding of $HfO_2$ and Si reduced the defects in the insulator bulk and also improved the interface quality between the channel and the gate insulator.

SU-8 패시베이션을 이용한 솔루션 IZO-TFT의안정성 향상에 대한 연구

김상조(Sang-Jo Kim),이문석(Moonsuk Yi) 대한전자공학회 2015 전자공학회논문지 Vol.52 No.7

본 연구에서는 SU-8을 절연층으로 사용해 솔루션 공정을 바탕으로 하여 Indium Zinc Oxide(IZO) thin film transistor(TFT)의 안정성을 향상에 대해 연구하였다. 매우 점성이 강하며 negative lithography 용으로 사용되는 SU-8은 기계적, 화학적으로 높은 안정도를 가진다. 그리고 이 SU-8을 사용해 TFT층의 위에 스핀코팅을 사용해 절연막 층을 쌓고 photo lithography를 이용해 patterning을 하였다. SU-8층에 의한 positive bias stress(PBS)에 대한 전기적 특성 향상의 이유를 연구하기 위해 TFT에 X-ray photoelectron spectroscopy(XPS), Fourier transform infrared spectroscopy(FTIR) 분석을 시행하였다. SU-8을 절연층으로 한 TFT는 좋은 전기적 특성을 보였으며, 전류점멸비, 전자이동도, 문턱전압, subthreshold swing이 각각 10<SUP>6</SUP>, 6.43cm²/V·s, 7.1V, 0.88V/dec로 측정되었다. 그리고 3600초 동안 PBS를 가할 시 ΔVth는 3.6V로 측정되었다. 그러나 SU-8 층이 없는 경우 ΔVth는 7.7V 였다. XPS와 FTIR을 분석한 결과, SU-8 절연층이 TFT의 산소의 흡/탈착을 차단하는 특성에 의해 PBS에 강한 특성을 나타나게 함을 확인하였다. In this work, SU-8 passivated IZO thin-film transistors(TFTs) made by solution-processes was investigated for enhancing stability of indium zinc oxide(IZO) TFT. A very viscous negative photoresist SU-8, which has high mechanical and chemical stability, was deposited by spin coating and patterned on top of TFT by photo lithography. To investigate the enhanced electrical performances by using SU-8 passivation layer, the TFT devices were analyzed by X-ray phtoelectron spectroscopy(XPS) and Fourier transform infrared spectroscopy(FTIR). The TFTs with SU-8 passivation layer show good electrical characterestics, such as μFE=6.43cm²/V·s, Vth=7.1V, Ion/off=10<SUP>6</SUP>, SS=0.88V/dec, and especially 3.6V of ΔVth under positive bias stress (PBS) for 3600s. On the other hand, without SU-8 passivation, ΔVth was 7.7V. XPS and FTIR analyses results showed that SU-8 passivation layer prevents the oxygen desorption/adsorption processes significantly, and this feature makes the effectiveness of SU-8 passivation layer for PBS.

Solution-Processed Al₂O₃ 확산층을 이용한 Sputtering IZO Thin Film Transistor의 안정성 향상

황남경,임유성,이정석,이세형,이문석,Hwang, Namgyung,Lim, Yooseong,Lee, Jeong Seok,Lee, Sehyeong,Yi, Moonsuk 한국전기전자재료학회 2018 전기전자재료학회논문지 Vol.31 No.5

This research introduces the sputtered IZO thin film transistor (TFT) with solution-processed $Al_2O_3$ diffusion layer. IZO is one of the most commonly used amorphous oxide semiconductor (AOS) TFT. However, most AOS TFTs have many defects that degrade performance. Especially oxygen vacancy in the active layer. In previous research, aluminum was used as a carrier suppressor by binding the oxygen vacancy and making a strong bond with oxygen atoms. In this paper, we use a solution-processed $Al_2O_3$ diffusion layer to fabricate stable IZO TFTs. A double-layer solution-processed $Al_2O_3$-sputtered IZO TFT showed better performance and stability, compared to normal sputtered IZO TFT.

저전압에서 다결정 실리콘 TFT의 불균일한 특성을 보상한 새로운 AMOLED 구동회로

김나영(Nayoung Kim),이문석(Moonsuk Yi) 大韓電子工學會 2009 電子工學會論文誌-SD (Semiconductor and devices) Vol.46 No.8

본 논문에서는 저전압에서 다결정 실리콘(Polycrystalline Silicon: Poly-Si) 박막 트랜지스터(Thin Film Transistors: TFTs) 의 문턱전압(threshold voltage)의 불균일성을 보상한 새로운 AMOLEDs(Active Matrix Organic Light Diodes) 구동회로를 제안한다. 제안한 회로는 6개의 스위칭, 1개의 드라이빙 TFT와 1개의 저장 콘덴서로 구성되어 있으며, SPICE 시뮬레이션을 통해 구동회로의 동작을 검증하였다. 시뮬레이션 결과 5V정도의 낮은 구동 전압(VDD)에서 제안한 화소 구동회로의 OLED 출력 전류는 0.8%정도의 오차를 갖는 반면, 기본적인 구동회로의 경우 약20%정도의 오차를 갖는 것을 확인할 수 있었다. 본 논문에서 제안한 화소 구동회로는 OLED의 전류를 결정하는 driving TFT의 threshold voltage 변화에 따른 전류의 변화를 성공적으로 보상하였고, 안정화된 전류를 OLED를 흘려주어 기본적인 화소 회로가 가지고 있던 불균일화의 문제를 해결함을 알 수 있다. A new pixel circuit for Active Matrix Organic Light Emitting Diodes (AMOLEDs), based on the polycrystalline silicon thin film transistors (Poly-Si TFTs), was proposed and verified by SMART SPICE simulation. One driving and six switching TFTs and one storage capacitor were used to improve display image uniformity without any additional control signal line. The proposed pixel circuit compensates an inevitable threshold voltage variation of Poly-Si TFTs and also compensates the degradation of OLED at low power supply voltage(VDD). The simulation results show that the proposed pixel circuit successfully compensates the variation of OLED driving current within 0.8% compared with 20% of the conventional pixel circuit.

HfO₂-Si의 조성비에 따른 HfSiO<SUB>x</SUB>의 IZO 기반 산화물 반도체에 대한 연구

조동규(Dong kyu Cho),이문석(Moonsuk Yi) 대한전자공학회 2013 전자공학회논문지 Vol.50 No.2

본 연구에서는 IZO를 활성층으로 하고 HfSiOx를 절연층으로 한 TFT에 대하여 그 성능을 측정하였다. HfSiOx는 HfO₂ target과 Si target을 co-sputtering 하여 증착하였으며 RF power를 달리 하여 네 가지의 HfSiOx 박막을 제작하였다. 공정의 간소화를 위해 게이트 전극을 제외한 모든 층들은 RF-magnetron sputtering system과 shadow mask만을 이용하여 증착하였으며 공정의 간소화를 위해 어떠한 열처리도 하지 않았다. 네 가지 HfSiOx 박막의 구조적 변화를 X-ray diffraction(XRD), atomic force microscopy(AFM)을 통해 분석하였고, 그 전기적 특성을 확인하였다. 박막 내 HfO₂와 Si의 조성비에 따라 그 특성이 현저히 차이가 남을 확인하였다. HfO₂(100W)-Si(100W)의 조건으로 증착한 HfSiOx 박막을 절연층으로 한 소자의 특성이 전류 점멸비 5.89E+05, 이동도 2.0[cm2/V.s], 문턱전압 -0.5[V], RMS 0.263[nm]로 가장 좋은 결과로 나타났다. 따라서 HfSiOx 박막 내의 적절한 HfO₂와 Si의 조성비가 계면의 질을 향상시킴은 물론, HfO₂자체의 trap이나 defect를 효과적으로 줄여 줌으로써 소자의 성능 향상에 중요한 요소라 판단된다. In this work, we investigated the enhanced performance of IZO-based TFTs with HfSiOx gate insulators. Four types of HfSiOx gate insulators using different diposition powers were deposited by co-sputtering HfO2 and Si target. To simplify the processing sequences, all of the layers composing of TFTs were deposited by rf-magnetron sputtering method using patterned shadow-masks without any intentional heating of substrate and subsequent thermal annealing. The four different HfSiOx structural properties were investigated x-ray diffraction(XRD), atomic force microscopy(AFM) and also analyzed the electrical characteristics. There were some noticeable differences depending on the composition of the HfO2 and Si combination. The TFT based on HfSiOx gate insulator with HfO2(100W)-Si(100W) showed the best results with a field effect mobility of 2.0[cm2/V·s], a threshold voltage of -0.5[V], an on/off ratio of 5.89E+05 and RMS of 0.26[nm]. This show that the composition of the HfO2 and Si is an important factor in an HfSiOx insulator. In addition, the effective bonding of HfO2 and Si reduced the defects in the insulator bulk and also improved the interface quality between the channel and the gate insulator.

Ar Ion Beam 처리를 통한 Organic Thin Film Transistor의 성능향상

정석모(Sukmo Jung),박재영(Jaeyoung Park),이문석(Moonsuk Yi) 대한전자공학회 2007 電子工學會論文誌-SD (Semiconductor and devices) Vol.44 No.11

OTFTs (Organic Thin Film Transistors)의 구동에 있어, 게이트 절연막 표면과 채널의 계면상태가 소자의 전기적 특성에 큰 영향을 미치게 된다. OTS(Octadecyltrichlorosilane)등과 같은 습식 SAM(Self Assembly Monolayer)를 이용하거나, O₂ Plasma와 같은 건식 표면 처리등 여러 표면 처리법에 대한 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 pentacene을 진공 증착하기 전에 게이트 절연막을 O₂ plasma와 Ar ion beam을 이용하여 건식법으로 전처리 한 후 표면 특성을 atomic force microscope (AFM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)를 사용하여 비교 분석하였고, 각 조건으로 OTFT를 제작하여 전기적 특성을 확인하였다. Ar ion beam으로 표면처리 했을 때, O₂ plasma처리했을 때 보다 향상된 on/off ratio 전기적 특성을 얻을 수 있었다. 표면 세정을 위하여 O₂ plasma 처리시 SiO₂ 표면의 OH-기와 반응하여 oxide trap density가 높아지게 되고 이로 인하여 off current가 증가하는 문제가 발생한다. 불활성 가스인 Ar ion beam 처리를 할 경우 게이트 절연막의 세정 효과는 유지하면서, O₂ Plasma 처리했을 때 증가하게 되는 계면 trap을 억제할 수 있게 되어, mobility 특성은 동등 수준으로 유지하면서 off current를 현저하게 줄일 수 있게 되어, 결과적으로 높은 on/off ratio를 구현할 수 있다는 것을 확인하였다. This paper reports the effects of Ar ion beam surface treatment on a SiO₂ dielectric layer in organic thin film transistors. We compared the electrical properties of pentacene-based OTFTs, treated by O₂ plasma or Ar ion beam treatments and characterized the states of the surface of the dielectric by using atomic force microscopy and X-ray photoelectron spectroscopy. For the sample which received O₂ plasma treatment, the mobility increased significantly but the on/off current ratio was found very low. The Ar ion beam-treated sample showed a very high on/off current ratio as well as a moderately improved mobility. XPS data taken from the dielectric surfaces after each of treatments exhibit that the ratio of between Si-O bonds and O-Si-O bonds was much higher in the O₂ plasma treated surface than in the Ar ion beam treated surface. We believe that our surface treatment using an inert gas, Ar, carried out an effective surface cleaning while keeping surface damage very low, and also the improved device performances was achieved as a consequence of improved surface condition.

Bathophenanthroline를 interlayer로 적용한 C<SUB>60</SUB> 기반의 n형 유기박막트랜지스터의 성능

김정수(Jeongsu Kim),손희근(Heegeon Son),이문석(Moonsuk Yi) 大韓電子工學會 2010 電子工學會論文誌-SD (Semiconductor and devices) Vol.47 No.8

본 논문에서는 BPhen(Bathophenanthroline)과 BPhen에 Cs가 도핑 된 interlayer를 C<SUB>60</SUB>활성층과 Al전극사이에 주입해 C60을 기반으로 한 유기박막트랜지스터 (OTFTs)를 제작하여 전기적 특성을 향상시켰다. BPhen층을 증착하면 유기물과 금속층계면의 표면 거칠기가 낮아져 결과적으로 성능이 향상되는 것을 알 수 있었다. 또한 BPhen에 Cs가 도핑 된 interlayer를 co-evaporation을 이용하여 주입하였을 경우는 Contact resistance가 감소하였다. 이러한 C<SUB>60</SUB>을 기반으로 한 BPhen에 Cs가 도핑 된 interlayer를 삽입한 유기박막트랜지스터는 향후 n형 유기박막트랜지스터를 제작하는데 있어서 적용이 될 것이라고 기대된다. In this paper, C<SUB>60</SUB> based Organic thin film transistor OTFTs) have been fabricated using BPhen(Bathophenanthroline) and BPhen doped with Cs interlayers between C<SUB>60</SUB> active layer and Al electrodes to improve the electrical performance. The addition of the BPhen layer resulted in enhanced performances by reducing surface roughness between organic-metal interface. And the contact resistance was reduced by using the BPhen doped with Cs interlayer with co-evaporation method. These performances suggests that the C<SUB>60</SUB> based OTFT with BPhen doped with Cs interlayer is a promising application in the fabrication of n-type organic transistors.

Sol-Gel 방법을 이용하여 제작된 Pt이 첨가된 Fe₂O₃ 나노 입자의 가스 감지 특성

장민형,임유성,최승일,박지인,황남경,이문석,Jang, Min-Hyung,Lim, Yooseong,Choi, Seung-Il,Park, Ji-In,Hwang, Namgyung,Yi, Moonsuk 한국전기전자재료학회 2017 전기전자재료학회논문지 Vol.30 No.5

$Fe_2O_3$ is one of the most important metal oxides for gas sensing applications because of its low cost and high stability. It is well-known that the shape, size, and phase of $Fe_2O_3$ have a significant influence on its sensing properties. Many reports are available in the literature on the use of $Fe_2O_3$-based sensors for detecting gases, such as $NO_2$, $NH_3$, $H_2S$, $H_2$, and CO. In this paper, we investigated the gas-sensing performance of a Pt-doped ${\varepsilon}$-phase $Fe_2O_3$ gas sensor. Pt-doped $Fe_2O_3$ nanoparticles were synthesized by a Sol-Gel method. Platinum, known as a catalytic material, was used for improving gas-sensing performance in this research. The gas-response measurement at $300^{\circ}C$ showed that $Fe_2O_3$ gas sensors doped with 3%Pt are selective for $NO_2$ gas and exhibita maximum response of 21.23%. The gas-sensing properties proved that $Fe_2O_3$ could be used as a gas sensor for nitrogen dioxide.

RF-magnetron sputtering을 이용한 TiIZO 기반의 산화물 반도체에 대한 연구

우상현(Sanghyun Woo),임유성(Yooseong Lim),이문석(Moonsuk Yi) 대한전자공학회 2013 전자공학회논문지 Vol.50 No.7

본 연구에서는 TiInZn(TiIZO)를 채널층으로 하는 thin film transistors(TFTs)를 제작하였다. TiIZO층은 InZnO(IZO)와 Ti target을 이용하여 RF-magnetron co-sputtering system방식으로 상온에서 증착하였으며, 어떠한 열처리도 하지 않았다. Ti의 첨가가 어떠한 영향을 주는지 연구하기 위해 X-ray diffraction(XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) 분석을 시행하였으며, 전기적인 특성을 측정하였다. Ti의 첨가는 Ti target의 rf power 변화에 따라 달리하였다. Ti의 첨가가 전류점멸비에 큰 영향을 주는 것을 확인하였고, 이것은 Ti의 산화력이 In과 Zn보다 뛰어난 산소결함자리의 형성을 억제하기 때문이다. Ti의 rf power가 40W일 때 가장 좋은 특성을 나타냈으며, 전류점멸비, 전자이동도, 문턱전압, subthreshold swing이 각각 10?, 2.09[㎠/V·s]. 2.2[V], 0.492[V/dec.] 로 측정되었다. We fabricated thin film transistors (TFTs) using TiInZnO(TiIZO) thin films as active channel layer. The thin films of TiIZO were deposited at room temperature by RF-magnetron co-sputtering system from InZnO(IZO) and Ti targets. We examined the effects of titanium addition by X-ray diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy and the electrical characteristics of the TFTs. The TiIZO TFTs were investigated according to the radio-frequency power applied to the Ti target. We found that the transistor on-off currents were greatly influenced by the composition of titanium addition, which suppressed the formation of oxygen vacancies, because of the stronger oxidation tendency of Ti relative to that of Zn or In. A optimized TiIZO TFT with rf power 40W of Ti target showed good performance with an on/off current ration greater than 10?, a field-effect mobility of 2.09[㎠/V·s], a threshold voltage of 2.2 [V] and a subthreshold swing of 0.492 [V/dec.]