수소 이온 조사와 후 열처리 공정에 따른 IGZO 산화물 박막 트랜지스터의 특성 연구

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 a-IGZO 활성층에 다른 dose량의 수소 이온을 조사하여 박막 트랜지스터 소자의 효과를 알아보고, 수소 이온 조사 후, 이온 조사에 따른 불안정한 소자 특성을 안정화시킬 목적으로 후 열처리에 따른 소자 특성을 알아보았다.
a-IGZO 활성층에 수소이온을 110keV의 에너지로 가속하여, 수소 이온 조사량을 1X1014ion/cm2, 1X1015ion/cm2, 1X1016 ion/cm2으로 조절하였고, 후 열처리 공정은 a-IGZO 활성층에 1X1016ion/cm2 이온조사 후, 대기 분위기로 150oC, 250oC, 350oC 각각 1시간 동안 열처리를 진행하였다.
Spectroscopy Ellipsometry (SE)로 측정된 3eV이상의 광학적 밴드 갭은 기존에 보고되었던 비정질 산화물 반도체와도 유사한 밴드 갭을 가지고 있음을 확인하였다. IGZO 박막을 활성층으로 사용하여 수소 이온 조사 공정 후 제작한 박막 트랜지스터는 3.89cm2/Vs의 전계효과이동도와 0.59V/decade의 문턱전압 이하 기울기를 보았다. 수소 이온 조사 공정을 통한 IGZO 박막 트랜지스터의 output curve가 다소 불안정함을 보였으나, 1X1016 ion/cm2 이온조사 후, 대기 분위기로 150oC, 250oC, 350oC 각각 1시간동안 열처리를 진행한 박막 트랜지스터의 특성은 소자의 불안정성을 보완해줄뿐만 아니라 350oC 열처리에서는 16.9cm2/Vs의 전계효과이동도와 0.33V/decade의 문턱전압 이하 기울기와 같이 더 향상된 박막 트랜지스터의 전기적 특성 결과를 관측하였다. 기존의 연구 되어진 a-IGZO 활성층에 수소이온조사와 후 열처리 공정에 따라 광학적 밴드 갭 에너지 준위의 변화와 박막 및 박막 트랜지스터 특성을 변화시킨다는 결과를 도출하였다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 1
• 1.1 박막 트랜지스터 1
• 1.1.1 트랜지스터의 역사 1
• 1.1.2 박막 트랜지스터 구조 3
• 1.2 산화물 반도체 4
• 1.2.1 산화물 박막 트랜지스터의 역사 4
• 1.2.2 국내외 연구 현황 및 문제점 5
• Ⅱ. 이론적 배경 8
• 2.1 IGZO 8
• 2.1.1 IGZO의 특성 8
• 2.1.2 IGZO의 연구개발 및 동향 9
• 2.2 이온조사 및 주입 10
• 2.3 박막 트랜지스터 이론 11
• 2.3.1 박막 트랜지스터 동작 원리 11
• 2.3.2 박막 트랜지스터의 특성 분석 14
• 2.4 박막의 특성분석 18
• 2.4.1 X-ray Diffraction (XRD) 18
• 2.4.2 X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) 20
• 2.4.3 Spectroscopy Ellipsometer (SE) 22
• 2.4.4 X-ray Absorption Spectroscopy (XAS) 24
• Ⅲ. 실험방법 26
• 3.1 시편준비 26
• 3.1.1 IGZO 박막 및 박막 트랜지스터 제작 26
• 3.1.2 The stoppomg and range of ions in matter (SRIM) 가상 실험 실시 28
• 3.1.3 IGZO 박막 및 박막 트랜지스터 활성층에 이온 주입 실시 28
• 3.2 박막 트랜지스터의 전기적 특성 측정 30
• 3.2.1 IGZO 박막 트랜지스터 의 전기적 특성 측정 30
• 3.3 박막의 물성 분석 30
• 3.3.1 IGZO 박막의 물리적 구조 분석 30
• 3.3.2 IGZO 박막의 XPS O 1s 분석 31
• 3.3.3 IGZO 박막의 광학적 결함 분석 31
• 3.3.4 IGZO 박막의 전자 구조 측정 31
• Ⅳ. 실험결과 32
• 4.1 IGZO 박막의 SRIM 가상 실험 32
• 4.2 열처리 온도에 따른 IGZO 특성 분석 33
• 4.2.1 IGZO 박막 트랜지스터의 전기적 구조 33
• 4.2.2 IGZO 박막의 화학적 결합 상태 34
• 4.2.3 IGZO 박막의 결함 상태 36
• 4.3 수소 이온 조사에 따른 IGZO 특성 분석 37
• 4.3.1 IGZO 박막 트랜지스터의 전기적 구조 37
• 4.3.2 IGZO 박막의 물리적 구조 40
• 4.3.3 IGZO 박막의 화학적 결합 상태 41
• 4.3.4 IGZO 박막의 결함 상태 43
• 4.3.5 IGZO 박막의 전자 구조 46
• 4.4 수소 이온 조사 후 열처리에 따른 박막의 물성 분석 48
• 4.4.1 IGZO 박막 트랜지스터의 전기적 구조 48
• 4.4.2 IGZO 박막의 화학적 결합 상태 49
• 4.4.3 IGZO 박막의 결함 상태 50
• Ⅴ. 결 론 51
• 참고문헌 53
• 영문요약 54