| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2017년 봄 (05/17 ~ 05/19, 목포 현대호텔) |
| 권호 | 23권 1호 |
| 발표분야 | F. 광기능/디스플레이 재료 분과 |
| 제목 | 더블게이트 구조 산화물반도체 기반 전하주입형 메모리 박막트랜지스터의 제작 및 평가 |
| 초록 | 산화물반도체 박막트랜지스터(TFT)는 전기적 특성이 뛰어나고 가시광 영역에서 투명하며, 저온공정이 가능하기 때문에 다양한 방면으로 연구가 진행되고 있다. 한편, 대면적 일렉트로닉스에 이용될 차세대 비휘발성 메모리 소자는 저전압 구동과 우수한 메모리 성능을 요구한다. 산화물반도체 TFT의 더블게이트 구조를 이용하면, 개별 게이트 전극에 걸어주는 전압을 조절하여 문턱전압을 조절할 수 있다. 또한 저전압 구동이 가능하기 때문에 전력소모를 줄일 수 있다. 이 연구에서는 더블게이트 구조의 산화물반도체 소자를 이용하여 전하주입형 메모리 TFT를 제작하고 그 동작 특성을 평가하였다. 그 결과 저전압 구동 특성과 함께 고성능의 메모리 동작이 가능한 것을 확인하였다. 산화물반도체 기반 전하주입형 메모리 박막트랜지스터의 제작 방법은 다음과 같다. 먼저 ITO가 증착되어 있는 유리 기판에 하부전극 (bottom gate, BG)를 형성하였다. BG 상부에 하부 게이트절연막에는 원자층증착법(ALD)으로 형성한 Al2O3를 적용하였다. 소스/드레인 전극은 150 nm의 ITO 박막을 DC 스퍼터링 방법으로 증착하고 후속 패터닝 과정을 통해 형성하였다. 소스/드레인 전극 형성 직후 250℃ 1시간동안 열처리를 진행하였다. 다음으로 RF sputtering을 이용하여 IGZO 채널 영역을 증착하였다. 이 때 사용한 IGZO 타겟의 조성은 2:1:2이다. 이어서 채널 영역 위에 터널링절연막을 증착시키는데, 이는 ALD로 형성한 Al2O3를 180℃ 온도조건에서 형성한다. 다음으로 30 nm의 ZnO 전하주입층을 ALD를 이용하여 증착하였다. 상부 게이트절연막 겸 메모리 소자의 블로킹절연막으로 50 nm의 ALD Al2O3 박막을 형성하였다. 마지막으로 ITO 상부전극 (top gate, TG)을 DC sputter를 이용하여 증착한 후, 리프트오프 공정을 이용하여 패터닝하였다. 제작된 메모리 TFT의 동작 특성을 평가한 결과, 더블게이트 구조에서 양호한 메모리 동작 특성을 확인하였다. 전달특성에서 약 13.7V의 메모리윈도우를 확보하였으며, VGS=0V에서 메모리 읽어내기 동작이 가능하다. 펄스 신호를 이용한 프로그램/소거 동작은 100 μs까지 가능하며 이 때 메모리 on/off 비는 약 1.47x105를 얻을 수 있었다. TG 소자와 BG 소자의 동작 특성 비교, BG 바이어스 조건에 따른 메모리 동작 특성의 변화 및 장점, 더블게이트 구조 적용에 따른 저전압 동작 특성 및 메모리 동작 신뢰성, 소자 구조 변경에 따른 메모리 소자의 동작 특성 최적화 등에 대한 자세한 결과는 현장에서 자세하게 발표할 예정이다. 저전압과 고성능 동작을 동시에 구현할 수 있는 더블게이트 구조의 산화물반도체 기반 전하주입형 메모리 TFT의 제작과 평가를 통해 해당 소자가 차세대 대면적 전자시스템의 매립형 메모리 소자로서 매우 유망하다는 것을 알 수 있다. |
| 저자 | 손민태, 윤성민 |
| 소속 | 경희대 |
| 키워드 | 더블게이트; 전하주입; 비휘발성 메모리; 박막 트랜지스터; 산화물반도체 |
