인듐 산화물 박막 트랜지스터의 아이오딘 기체 영향 연구 = The Study on the Iodine Vapor effect on the Indium Oxide Thin-film Transistors
저자
발행사항
춘천 : 한림대학교 대학원, 2021
학위논문사항
학위논문(석사)-- 한림대학교 대학원 : 전자공학과 전자공학 2021. 2
발행연도
2021
작성언어
한국어
주제어
발행국(도시)
강원특별자치도
형태사항
iv, 74 p. ; 26 cm
일반주기명
지도교수: 박재훈
UCI식별코드
I804:42014-200000360964
소장기관
산화물을 이용한 반도체 소자는 차세대 디스플레이, 광 감지 센서, 가스 센서와 같은 소자로 많은 연구가 진행되고 있다. 특히, 용액공정을 이용한 산화물 반도체는 비정질 상에서 높은 전자 이동도를 가지며, 가시광 영역의 가장 높은 광자 에너지 3.1eV보다 높은 3.4~4.0eV 광학적 벤드겝을 가지고 있어 투명전극으로 사용될 수 있다. 산화물 TFT는 높은 가시광 투과성을 가지면서 도핑과 같은 후처리 공정을 통해 캐리어 밀도를 조정할 수 있으며, 특정 기체가 박막에 침투하여 TFT의 성능 변화를 이용한 화학 기체 감지 센서로 사용될 수 있다.
이번 연구에서는 인듐 산화물 TFT를 용액공정을 이용하여 제작하며, 용액 내부의 용매 제거 및 전구체 분해, 탈 수산화, 활성층 형성을 위해 목적에 따라 2단계에 걸친 열처리 공정으로 나누어서 진행하였으며, 제작된 TFT는 bixbyite 구조의 이온 결합으로 구성된다. 할로젠 기체 중 하나인 아이오딘(Iodine) 기체 노출 시간에 따른 전기적 특성을 비교하였으며, 아이오딘 기체가 유입된 경우 박막의 격자 결합 상태 변화를 관측과 아이오딘 기체의 흡수에 따른 흡광도의 변화 및 박막의 원자 조성비를 확인하기 위해 Raman 분광법, XRD, UV-Vis spectroscopy, XPS를 이용하여 분석하였다.
인듐 산화물 박막에 침투한 아이오딘 이온수에 따른 TFT의 출력 특성 및 전달 특성을 확인하였다. 이후, 시간의 경과에 따라 박막 내부의 아이오딘 이온의 수가 감소하면서 디바이스의 성능은 점차 회복되었다. 이러한 특성을 이용하여 100℃ 이상의 온도에서 vacuum seasoning을 진행할 경우 몇 시간 내로 TFT의 특성이 복원되는 것을 확인하였다. 이러한 특성은 vacuum seasoning 공정 온도를 27℃에서 200℃로 증가할수록 더 빠르게 회복되는 것을 볼 수 있었다. 이러한 특성을 이용하면 반영구적으로 사용할 수 있는 할로젠 기체 감지 센서 역할을 기대할 수 있다.
Oxide materials based thin-film transistors (TFTs) have been widely used for the next-generation displays, photodetectors, and gas-detecting sensors. In particular, solution-processed oxide TFTs have many advantages, such as high electron mobility in amorphous structure, and high optical transparency because of the 3~4eV band gap. In addition, they can be used as transparent gas-detecting sensors due to the change of electrical characteristic when a gas penetrates into the oxide thin-film.
In this study, solution processes indium oxide TFTs were fabricated using spin-coating and two-stage baking methods; pre-baking for removing the solvent, and hard-baking for decomposition, dehydroxylation and development of the active layer that fabricated bixbyite structure. We compared output and transfer characteristics depending on the iodine vapor exposure time. The Ramen spectroscopy, X-ray diffraction (XRD), UV-Visible spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) were investigated to confirm the lattice bonding state of the thin film and transparency.
Furthermore, the output and transfer characteristics shifts after vacuum seasoning were studied to explore quantity of iodine vapor remaining in the indium oxide thin-films. When iodine ions were removed indium oxide TFTs performance recovered with time. During the vacuum seasoning process, iodine ions can be taken within a few hours when annealed over 100℃. The results show that, The efficiency of iodine ion removal increases with the increasing of temperature from 27℃ to 200℃. Therefore, we expect to useful halogen molecular detecting sensor with transparent and reusable features.
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