Fabrication and characterization of solution-processed metal fluoride indium zinc oxide thin film transistor

Abstract

정보화 사회로 급속히 변화해 가면서 디스플레이의 발전 또한 급속한 성장을 거듭해오고 있다. 초고화질 UD 급 (ultra definition, 4000 × 2000) 해상도와 70인치 이상의 대면적, 240 Hz의 고주파수 제품들을 선보이고 있으며, 이러한 제품들은 최소 이동도 5 cm2/V·s 이상을 요구하며, 점차 고성능을 요구하는 제품 개발이 요구되어 비정질 실리콘을 대체할 물질 개발이 필요한 상태이다. 비정질 실리콘의 경우 높은 균일성을 보여주고 낮은 온도에서 공정이 가능하지만, 전하 이동도가 1 cm2/V·s 정도로 낮고 신뢰성 측면에서도 bias stress에 따라 문턱 전압이 변하며 특히 빛에 불안정한 단점이 있다. 또한 고해상도, 고 주파수 구동에서는 충전율 저하 및 신호 지연 등의 치명적인 문제를 나타내어 이를 대체하는 물질이 많이 개발되고 있다. 이러한 물질들 중 산화물 반도체는 높은 이동도와 광학적 투명성, 저온에서 소성이 가능한 여러 장점 등으로 차세대 디스플레이로 많은 연구가 이루어지고 있다. 무엇보다 산화물 반도체는 용액 공정의 경우에 진공 설비보다 투자비용이 적으며, roll-to-roll 공정이나 잉크젯 공정은 포토리소그래피(photolithography) 공정을 거치지 않아 생산성 측면에서도 혁신적인 개선이 가능한 장점이 있다. 그러나 기존의 용액 공정 기반의 금속 산화물 TFT 제작 방법은 출발 물질의 열분해와 산화 단계를 요구하므로 기본적인 열처리 온도가 높은 단점이 있다. 높은 소성 온도는 유연한 플라스틱 기판이나 유리 기판을 사용할 수 없게 되는 제약이 존재하게 되므로 용액 공정 기술에서는 소성 온도를 낮추기 위해 신 재료 개발 및 열처리 공정 개선 관련 연구가 많이 진행되고 있으며 실제 플라스틱 고분자 기판에 소자를 제작하여 시연한 논문들이 많이 발표되고 있다. 또한, 안정적인 디스플레이 소자로 적용되기 위해 전기, 열, 빛 등의 bias stress에 의한 문턱전압 변화 원인을 밝히고, 신뢰성에 영향을 주는 전구체 조성 및 공정, 반도체 구조 등 인자에 대해서도 비교 분석하여 메커니즘을 규명에 많은 연구 중이다...