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질소분위기 전자빔 조사에 의한 졸-겔 IGZO 박막 트랜지스터의 전기적 특성 향상
박지호,송영석,배수강,김태욱 한국마이크로전자및패키징학회 2023 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.30 No.3
본 연구에서는 졸-겔 IGZO(Indium-Gallium-Zinc Oxide) 박막을 만들고 이에 전자빔을 조사 한 후 박막 트랜지스터로 제작하여 전자빔 조사가 박막 트랜지스터의 전기적 특성에 미치는 영향을 비교 분석하였다. 특히 전자빔이 조사되는 환경을 대기 중과 질소 분위기(<200 ppm O2)로 두고 전자빔 조사 선량 세기를 100kGy와 200kGy로 각각 조사한 후350℃ 온도에서의 열처리만 진행한 비교군과 비교 분석을 진행하였다. 전자빔 조사에 따른 졸-겔 IGZO 박막의 물성 변화를 분석하기 위해 UV-Visible spectroscopy, X-ray diffraction(XRD)와 X-ray photoelectron spectroscopy(XPS)를 분석 결과, 전자빔 조사 전·후의 모든 조건 하에서 가시광 영역에서의 80% 이상의 높은 투과도를 보여줌을 확인할 수 있었고, XRD 분석 결과를 통해 전자빔 조사와 관계없이 비정질 특성을 유지함을 확인하였다. 특히 전자빔 조사에 따라 졸-겔 IGZO 박막에 화학적 조성 변화가 있음을 확인하였는데, 질소 분위기에서 전자빔을 조사하게 되면 M-O결합과 관련된 peak이 차지하는 비율이 높아짐을 확인할 수 있었다. 질소 분위기에서 전자빔이 조사된 TFT들은 on/off 비율, 전자 이동도에서 향상된특성을 보여주었으며, 시간에 따라 트랜지스터의 특성들(on/off 비율, 문턱전압, 전자이동도, 하위임계값 스윙)의 수치 또한큰 변화 없이 유지됨이 확인되어, 졸-겔 공정 TFT 제작에 있어서 질소 분위기에서의 전자빔 조사공정이 IGZO기반 박막트랜지스터의 전기적특성의 개선에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. In this paper, we studied the effect of electron beam irradiation on sol-gel indium-gallium-zinc oxide (IGZO) thin films under air and nitrogen atmosphere and carried out the electrical characterization of the s ol-gel IGZO thin f ilm transistors (TFTs). To investigate the optical properties, crystalline structure and chemical state of the sol-gel IGZO thin films after electron beam irradiation, UV-Visible spectroscopy, X-ray diffraction (XRD), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) were carried out. The sol-gel IGZO thin films exhibited over 80% transmittance in the visible range. The XRD analysis confirmed the amorphous nature of the sol-gel IGZO films regardless of electron beam irradiation. When electron beam irradiation was conducted in a nitrogen (N2) atmosphere, we observed an increased proportion of peaks related to M-O bonding contributed to the improved quality of the thin films. Sol-gel IGZO TFTs subjected to electron beam exposure in a nitrogen atmosphere exhibited enhanced electrical characteristics in terms of on/off ratio and electron mobility. In addition, the electrical parameters of the transistor (on/off ratio, threshold voltage, electron mobility, subthreshold swing) remained relatively stable over time, indicating that the electron beam exposure process in a nitrogen atmosphere could enhance the reliability of IGZO-based thin-film transistors in the fabrication of sol-gel processed TFTs.
고전력 LED용 적층형 LTCC 패키징의 ZnO 조성 변화가 방열 특성에 미치는 영향
김우정,김형수,신대규,이희철,Kim, Woojeong,Kim, Hyung Soo,Shin, Daegyu,Lee, Hee Chul 한국마이크로전자및패키징학회 2012 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.19 No.4
신뢰성이 우수하며, 소형화가 가능하고, 우수한 열전도도의 은 전극을 이용할 수 있는 LTCC (Low temperature co-fired ceramic) 패키징은 환경 및 열에 약한 플라스틱 패키징을 대체할 것으로 기대받고 있다. 현재 LTCC 패키징의 원료 분말로는 주로 $Al_2O_3$을 사용하는데, 본 연구에서는 $Al_2O_3$보다 열전도도가 2배 우수한 ZnO을 일부 첨가 또는 대체한 조성 변화를 통하여 패키징의 열 특성 변화에 대해 연구하였다. 소량의 ZnO를 첨가하여 열전도도가 최대 25%까지 상승하는 결과가 나타났으며, 이 결과로 LED 수명이 증가할 것으로 예상된다. ANSYS 시뮬레이션 결과 열 유속의 값이 ZnO가 첨가된 경우 최대 56% 증가함을 확인할 수 있었다. 실제 LED 패키징을 제작하여 측정한 결과도 ZnO를 첨가한 LTCC 패키징은 $Al_2O_3$로만 이루어진 패키징보다 열저항이 최대 14.9% 감소하였다. LTCC (Low temperature co-fired ceramic) package have been paid much attention due its good reliability, miniaturization, and application of silver paste with complex wiring and printing. Therefore, LTCC package has been expected to replace vulnerable plastic package in the field of high power LED device. Currently, LTCC ceramic package is mainly made up of aluminum oxide powder. In this study, zinc oxide powder is added or replaced for the fabrication of LTCC ceramic body. By adding small amount of ZnO, thermal conductivity of the LTCC ceramic body could be remarkably increased by 25% leading to the extension of LED life time. The LTCC package structure with composition including ZnO has an increased thermal flux by 56% as a result of ANSYS simulation. Actually, the fabricated LED package with the addition of ZnO exhibits a decreased thermal resistivity by 14.9%.