플라스틱 기판 위에 제작한 금속산화물 박막 트랜지스터 기반의 시프트 레지스터 회로 = A shift register circuit based on metal-oxide thin-film transistors on plastic substrate
저자
발행사항
서울 : 건국대학교 대학원, 2015
학위논문사항
학위논문(석사)-- 건국대학교 대학원 : 전자·정보통신공학과 2015. 2
발행연도
2015
작성언어
한국어
주제어
발행국(도시)
서울
형태사항
52 ; 26 cm
일반주기명
지도교수: 박기찬
소장기관
금속산화물 박막 트랜지스터(TFT)는 높은 이동도 특성과 저렴한 생산 단가로 현재 디스플레이 산업에서 주목받고 있는 기술이다. 하지만, 금속산화물 박막 트랜지스터는 기본적으로 공핍형 특성을 가져 기존의 회로 구조로는 동작하지 않는 문제점이 있다. 또한, N-Channel 트랜지스터로만 사용하여 회로를 구성해야하는 한계가 있다.
본 논문에서는 공핍형 금속산화물 박막 트랜지스터에서 사용 가능하고 N-Channel 트랜지스터로만 이루어진 시프트 레지스터 회로를 설계하였으며 세부적으로 출력 안정 시프트 레지스터 회로와 반전형 시프트 레지스터 회로를 제안하였다.
본 논문의 출력 안정 시프트 레지스터 회로는 열 개의 TFT와 세 개의 커패시터로 구성 되어있다. N형 TFT만을 사용 하였을 때도, 출력전압을 VDD까지 상승시키기 위하여 부트스트래핑 효과를 이용하였다. TFT가 공핍형 특성을 가질 때에도 회로내의 모든 트랜지스터가 완전히 꺼질 수 있도록 각 트랜지스터의 게이트 노드 전압을 음의 VGS로 꺼주는 방법을 사용하였다. 또한, OUT노드와 이웃한 단으로 신호를 전달하는 CARRY 노드 사이에 다이오드-커넥션 된 트랜지스터를 배치하여, 이웃한 단의 회로에서 흘러나오는 전류를 차단하였다. 그리고 새로운 트랜지스터를 추가로 사용하여, 전류가 OUT노드에 영향을 미치지 않고 우회하여 방전될 수 있도록 경로를 설정하였다. 이러한 방법을 이용하여 출력전압이 이웃한 단의 영향을 받지 않고 안정적으로 동작 할 수 있는 시프트 레지스터를 구성하였다.
본 논문의 반전형 시프트 레지스터 회로는 아홉 개의 TFT와 세 개의 커패시터로 구성 되어있다. 마찬가지로 N형 TFT만을 사용 하였을 때도, 출력전압을 VDD까지 상승시키기 위하여 부트스트래핑 효과를 이용하였다. TFT가 공핍형 특성을 가지더라도 회로의 정상적인 동작을 위하여, 회로의 Pull-up TFT와 Pull-down TFT의 게이트 노드에 –10V, -5V의 직류 전압원을 사용해 2개의 트랜지스터가 음의 VGS로 확실히 꺼지도록 하였다. 또한, 그 외 트랜지스터의 게이트 노드도 capacitive coupling 효과를 이용하여 게이트 노드 전압을 충분히 낮춤으로써 트랜지스터가 꺼질 수 있도록 하였다.
본 논문에서 설계한 회로는 모두 SMARTSPICE를 사용하여 설계를 진행 하였으며, TFT의 Channel은 In-Ga-Zn-O 금속산화물을 사용하여 공정을 진행 하였다. 또한 제작된 회로를 측정하여 시뮬레이션 결과와 유사한 결과가 나오는 것을 확인하였다.
Oxide thin-flm transistors (TFT) attract a lot of attention in display engineering industry due to their high mobility and low proecess cost. However it is difficult to integrate the driving circuit using the oxide TFTs because the depletion mode of oxide TFT. Also, circuits which consist of oxide TFTs have to be designed only using N-channel transistors.
In this thesis, a new metal oxide shift register circuit based on N-channel and depletion mode TFT is reported.
A shift register with stable output waveform circuit is composed ten TFTs and three capacitors. The output voltage rises up to VDD even though the circuit is composed of only n-channel TFTs by using bootstrapping. Each TFTs is completely turned off by negative VGS even though the TFTs become depletion mode. And diode-connected TFT is set between OUT node and Carry node not to flow current which generate in adjacent stage. And another TFT is set to bypass the current to prevent OUT node making ripple voltages. Through this scheme, the output of each stage should not be affected by adjacent stages.
A Inverted shift register is composed nine TFTs and three capacitors. In the same manner, the output voltage rises up to VDD even though the circuit is composed of only n-channel TFTs by using bootstrapping. For proper operation of circuit in spite of the depletion mode TFTs, -10V and -5V DC voltage source supply voltage into Pull-up and Pull-down TFT’s gate node to turn off the TFTs with negative VGS. And gate node voltage of the other TFT is dropped enough to turn off the TFT using capacitive coupling effect.
All the developed circuits were designed by using SmartSpice and fabricated by the In-Ga-Zn-O TFT process. The fabricated samples show similar results compared with the simulation results.
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