| 초록 |
최근에 산화물 기반의 반도체를 박막 트랜지스터의 채널층으로 사용하려는 연구가 국내외 여러 연구 그룹에서 진행되고 있다. 산화물기반의 반도체는 밴드갭이 넓어서 광학적으로 투명하며, 상온에서 증착이 가능하여 합성수지나 다른 열에 약한 기판에 증착할 수 있으며, 비정질 상태에서도 비정질 실리콘에 비해서 월등히 우수한 이동도 특성을 가지므로 디스플레이 화면의 대면적화를 가능하게 한다. 이와 같은 장점으로 인하여 여러 각도에서 다양한 응용을 위한 연구가 진행되고 있으나, 아직까지는 열적, 전기적 안정성의 문제로 실용화 단계에는 미치지 못하며, 여러 가지 donor 레벨의 defect를 가지는 산화물 반도체의 특성상 p형의 반도체를 구현하기 힘들어서 n형과 p형을 결합한 CMOS와 유사한 응용에 문제가 있다. 이번 발표에서는 p형 구현에 중점을 두어 II-VI족인 ZnO 기반의 반도체에 V족 원소를 doping하는 연구를 시도하였다. 지금까지 V족 원소의 도핑은 Nitrogen을 이용하여 주로 시도하였으나, Phosphorus나 Arsenide를 이용한 연구도 이루어지고 있다. Nitrogen은 Oxygen과 ionic radius가 비슷하여 Oxygen과의 치환이 잘 이루어질 수 있다고 판단되었으나 solubility가 낮아서 만족할 만한 doping이 이루어지지 않는 단점이 있다. 그래서, 본 연구에서는 Phosphorus를 사용하여 p-type구현을 시도하였다. N-type의 저저항 Silicon에 Silicon Oxide가 증착된 기판위에 ZnO에 P2O5가 3 wt% 포함된 PZO 타겟으로 DC magnetron sputtering을 이용하여 PZO 박막을 증착하였으며 Hall effect measurement로 채널층의 전기적 특성을 조사하였다. 그리고 shadow mask를 이용하여 PZO를 channel layer로 증착한 후 Indium Tin Oxide 타겟으로 ITO 전극을 증착하여 박막트랜지스터를 제작하여 semiconductor analyzer로 소자의 출력특성 및 전이특성 그리고 안정성을 평가하였다. 그와 동시에 ZnO를 channel 층으로 사용하는 소자를 PZO와 같은 방법으로 제작하여 소자의 특성 및 안정성을 평가하여 PZO 소자와의 비교 분석을 실시하였다. 결과 PZO 박막의 경우 ZnO에 비해서 낮은 산소분압으로 박막 트랜지스터에 적합한 channel layer를 만들 수 있었고 PZO 박막 트랜지스터의 축력 및 전이 특성은 ZnO 박막 트랜지스터와 비슷한 특성을 보였다. 그러나 p형 특성을 나타내지는 않았으며, 열적 전기적 bias에 대한 안정성에는 다소 문제를 보였다. 결과적으로 p형 특성을 가지는 소자를 얻지는 못하였지만 phosphorus doping을 통하여 carrier concentration을 조절할 수는 있었다. 앞으로 phosphorus 등 V족 원소의 ZnO에 대한 doping mechanism에 관한 연구를 진행하여 소자의 안정성과 p형의 구현을 위한 hole carrier의 농도의 향상이 요구된다. |
