이 작업에서 낮은 누설 전류 ZrO2 직접 잉크젯 인쇄 기술을 사용하여 스퍼터링 인듐 갈륨 아연 산화물(IGZO) 박막 트랜지스터용으로 제작되었습니다. 스핀 코팅 및 직접 잉크젯 인쇄 ZrO2 다양한 공정에 대한 막 형성 과정과 전기적 성능을 조사하기 위해 준비했습니다. 균질한 ZrO2 고해상도 TEM 이미지를 통해 필름을 관찰했습니다. ZrO2의 화학 구조 필름은 XPS 측정으로 조사되었습니다. 잉크젯 인쇄 ZrO2 layer on IGZO는 이동성 및 오프 상태 전류에서 우수한 성능을 나타내었지만 큰 V 번째 포지티브 바이어스 스트레스 하에서의 시프트. 그 결과, 잉크젯 인쇄 ZrO2 기반의 TFT 소자 12.4 cm 2 의 포화 이동도를 나타냄 /Vs, Ion /I꺼짐 비율 10 6 , 0 V의 턴온 전압 및 1.4V V 번째 1시간 PBS 변형 후 교대. 산소 결손이 적은 고밀도 필름은 인쇄된 ZrO2에 대한 낮은 오프 상태 전류의 원인이 되었습니다. 장치. PBS 테스트에서 성능 저하의 메커니즘은 H2를 쉽게 흡수하는 후면 채널에 형성된 In-rich 영역에 기인할 수 있습니다. O와 산소. 흡수된 H2 O 및 산소는 양의 바이어스 스트레스 하에서 전자를 포착하여 TFT 장치의 수용체 역할을 합니다. 이 연구는 직접 잉크젯 인쇄 및 스핀 코팅 산화막의 성막 과정을 보여주고 고성능 산화물 TFT 장치에서 직접 잉크젯 인쇄 산화물 유전체의 잠재력을 보여줍니다.
<섹션 데이터-제목="배경">금속 산화물 유전체는 최근 SiO2의 유망한 대안으로 등장했습니다. 및 SiNx 높은 커패시턴스, 낮은 결함 상태, 높은 이동성과 낮은 오프 전류로 이어지는 큰 밴드 갭을 포함하는 우수한 특성으로 인해 박막 트랜지스터(TFT)에 사용됩니다[1,2,3]. 이러한 이유로 진공 공정에 의해 제조된 산화물 유전체는 디스플레이, 센서 어레이 및 구동 회로에서 널리 연구되고 있다[4]. 한편, 용액공정 역시 스핀코팅, 잉크젯 프린팅, 스프레이코팅, 슬릿코팅 등의 대규모 제조공정에서 저비용이라는 장점 때문에 주목받고 있다[5, 6]. 이 중 직접 잉크젯 인쇄는 포토리소그래피 없이 패턴화된 필름을 얻을 수 있는 가장 유망한 방법입니다. 그러나 잉크젯 프린팅 방식으로 제조된 TFT 소자는 진공 처리된 소자에 비해 전기적 성능이 열등하다. 직접 잉크젯 인쇄 금속 산화물 필름은 다음과 같은 심각한 문제에 직면합니다. ].
용액 처리된 유전막의 성막 과정은 전기적 특성에 큰 영향을 미친다. 기존의 스핀코팅법은 용액공정 TFT에서 널리 사용되는 기술이다. 스핀 코팅된 산화물 유전체의 누설 전류 밀도는 일반적으로 10 −6 보다 낮습니다. A/cm 2 1 MV/cm에서, 항복 전계는 2 MV/cm 이상이다. 코팅된 산화물 유전체 기반 TFT의 포화 이동도는 약 10 cm 2 입니다. /대. 그러나 인쇄된 산화물 유전체의 경우 누설 전류 밀도는 코팅된 산화물 필름의 경우보다 약 10배 더 높습니다(>10 - 4 A/cm 2 1 MV/cm에서) 및 포화 이동도는 5 cm 2 보다 낮습니다. /대. 특히 필름 형성 공정에서 잉크젯 인쇄 유전체 필름과 스핀 코팅 필름을 비교한 보고서는 거의 없습니다. 유전막의 밀도, 표면 거칠기 및 균질성은 TFT의 전기적 성능과 관련된 가장 중요한 요소입니다[8]. 또한, 게이트 절연체와 반도체 사이의 계면도 용액 공정 TFT[9]에서 핵심적인 역할을 합니다. 잉크젯 인쇄 산화물 유전체에 대한 포괄적인 연구는 이 유망한 기술을 더 잘 이해하는 데 큰 가치가 있습니다.
이 논문에서는 고품질 ZrO2를 준비했습니다. 코팅 및 인쇄 방법 모두에 의해 양호한 표면 외관과 우수한 전기적 성능을 갖는 필름을 만들고 스퍼터링된 인듐 갈륨 아연 산화물(IGZO) TFT에 적용된 전기적 효과를 조사하였다[10, 11]. 스핀코팅 방식과 다이렉트 프린팅 방식의 필름 형성 과정을 비교하였다. 스핀 코팅 방법은 원심력에 의해 지배되어 분자의 균일하지만 분산 분포를 유도하는 반면 잉크젯 인쇄 프로세스는 유체 역학에 의존합니다. XPS 및 IV 테스트에 따르면 잉크젯 인쇄 ZrO2 필름(이중층)은 스핀 코팅된 필름에 비해 산소 결손이 적습니다. ZrO2의 인쇄 레이어 증가 필름은 기판에 퍼지는 전구체의 불안정한 흐름으로 인해 생성된 구멍과 공석을 채울 수 있어 결함이 적고 균일성이 우수합니다. 직접 잉크젯 인쇄 ZrO2 스퍼터링된 IGZO용 필름은 누설 전류 밀도가 낮고 이동도가 높으며 on/off 비율이 더 크며 V가 더 큽니다. 번째 스핀 코팅된 ZrO2보다 양의 바이어스 응력 하에서 이동 - TFT. 잉크젯 인쇄 ZrO2의 후면 채널에 형성된 In-rich 영역 TFT는 양의 바이어스 스트레스 하에서 공기 중의 물 분자와 산소가 쉽게 흡수되어 IGZO 층에서 전자를 소비할 수 있기 때문에 안정성이 더 나빠집니다. 직접 잉크젯 인쇄 기술은 고밀도 산화물 유전체를 제조할 수 있지만 전기적 불안정성을 피하기 위해 계면 결함을 잘 제어해야 함을 보여줍니다.
ZrO2 용액은 0.6 M ZrOCl2을 용해하여 합성되었습니다. ·8H2 O를 2-메톡시에탄올(2MOE)과 에틸렌 글리콜의 10 ml 혼합 용매에 2:3의 비율로 넣어 전구체의 특정 표면 장력을 얻습니다. 용액을 실온에서 2시간 동안 500 r/min으로 교반한 다음, 적어도 1 일 동안 숙성시켰다. 오존 UV 처리 공정을 위해 250 nm 파장의 100W UV 램프를 사용하여 이소프로필 알코올과 탈이온수로 세척된 ITO(인듐 주석 산화물) 기판을 조사했습니다. 이어서 ZrO2 필름은 스핀 코팅 또는 직접 잉크젯 인쇄 공정으로 형성되었습니다. 코팅 공정은 45초 동안 5000 rpm의 속도로 수행되었으며, 프린팅 공정에서는 드롭 공간과 노즐 온도가 30 μm 및 30 °C였다. ZrO2 필름은 1 시간 동안 대기 환경에서 350 °C에서 어닐링되었습니다. 그런 다음 10nm 두께의 IGZO를 1 mTorr(산소:아르곤 =5%)의 압력으로 직류 펄스 스퍼터링 방법으로 성장시키고 섀도우 마스크로 패턴화했습니다. IGZO는 필름의 결함을 줄이기 위해 1 시간 동안 300 °C에서 어닐링되었습니다. 채널 너비와 길이는 550 μm 및 450 μm입니다. 따라서 너비/길이 비율은 1.22였습니다. 마지막으로 150nm 두께의 Al 소스/드레인 전극을 실온에서 직류 스퍼터링으로 증착했습니다.
X선 광전자 분광법(XPS) 측정은 7.5 × 10 −5 -5의 기본 압력에서 ESCALAB250Xi(Thermo-Fisher Scientific, Waltham, MA, USA)에 의해 수행된 산화물 반도체의 화학 구조를 조사하기 위해 수행되었습니다. 저녁> m토르. 단면 투과전자현미경(TEM) 이미지는 JEM-2100F(JEOL, Akishima, Tokyo, Japan)로 측정하였고, 전자 차동 시스템(EDS) 매핑 스캔 결과는 Bruker(Adlershof, Berlin, Germany)로 분석하였다. 요소 분포를 조사합니다. RT의 어두운 조건과 공기에서 정전 용량-전압 곡선은 Agilent 4284A 정밀 LCR 미터(HP, USA)로 측정되었습니다. IGZO TFT의 전달 특성과 누설 전류 밀도 곡선을 측정하기 위해 Agilent 4156C 정밀 반도체 파라미터 분석기를 사용했습니다. 전달 특성은 5 V의 드레인 전압과 − 5에서 5 V까지 스위핑하는 게이트 전압에 의해 측정되었습니다. 측정된 전달 곡선과 다음 방정식을 사용하여 전계 효과 이동도를 계산했습니다.
$$ {I}_{\mathrm{DS}}=\frac{W\mu {C}_{\mathrm{i}}}{2L}{\left({V}_{\mathrm{GS}} -{V}_{\mathrm{th}}\right)}^2 $$ (1)여기서 IDS , Ci , μ, W, L, VGS , 및 V번째 는 각각 드레인 전류, 단위 면적당 게이트 유전체의 커패시턴스, 포화 이동도, 채널 폭, 채널 길이, 게이트 전압 및 임계 전압입니다. 유전 상수는 다음과 같은 방정식으로 계산됩니다.
$$ {\varepsilon}_{\mathrm{r}}=\frac{C\cdotp d}{\varepsilon_0\cdotp S} $$ (2)여기서 ε r , C , d , ε 0 , 및 S 각각 상대 유전 상수, 게이트 유전체의 커패시턴스, 게이트 유전체의 두께, 진공 유전 상수 및 전극의 면적입니다.
그림 1은 스핀 코팅 방식과 비교하여 직접 잉크젯 프린팅 방식의 필름 형성 과정을 제안한 것이다. 스핀 코팅 과정에서 원심력에 의해 액적은 기판 전체에 균일하게 퍼지도록 강제된다[12]. 결과적으로, 어닐링 공정 ZrO2 후 분자는 기질에 잘 분포되어 있습니다. 한편, 대부분의 ZrO2 코팅 과정에서 분자가 버려지고 필름 내부에 공극이 발생합니다. 스핀 코팅 공정으로 제작된 필름의 밀도는 특정 전구체에 대한 코팅 매개변수와 관련이 없습니다[13]. 잉크젯 인쇄 프로세스의 경우 프린터가 특정 방향으로 이동하여 인쇄물에 물방울을 남깁니다. 액적은 전구체의 중력, 표면 장력 및 점탄성의 영향을 받는 확산 및 수축 과정의 균형에서 함께 병합됩니다. 잉크젯 프린팅의 필름 형성 공정은 액적 공간, 제트 속도, 잉크 조성 및 기판 온도의 공정 매개변수를 최적화함으로써 잘 제어될 수 있다[14]. 가장 중요한 요소는 프린터에서 설정한 드롭 공간과 인쇄물의 후처리 공정입니다. 추가 파일 1:그림 S1은 UV 처리 기간이 다른 ITO 기판의 인쇄 전구체와 어닐링된 ZrO2의 편광 현미경 이미지를 보여줍니다. 영화. ZrO2 40초 오존 조사로 ITO 기판에 인쇄된 필름은 최상의 형태를 가지고 있습니다. 또한, 다층 인쇄 방법은 이전 레이어의 상단에 직접 인쇄된 추가 방울로 빈 공간을 채워 필름의 구멍을 줄이는 데 효율적이며, 이는 밀도가 높고 결함이 적은 균질한 필름으로 이어집니다[15]. 1층 및 2층 필름으로 인쇄된 필름의 두께는 각각 45 nm 및 60 nm입니다(추가 파일 1:그림 S2). 필름 두께는 인쇄된 층에 비례하지 않으므로 다중 인쇄 방법은 단순히 두께를 축적하는 공정이 아닙니다[16]. 일반적으로 직접 인쇄된 ZrO2의 품질은 필름은 매개변수를 처리하여 잘 제어할 수 있습니다. 우리 실험에서는 스핀 코팅(SC), 직접 잉크젯 인쇄 1층(DP1) 및 2층(DP2) ZrO2를 준비합니다. 이 필름을 기반으로 하는 필름 및 IGZO-TFT 장치를 사용하여 서로 다른 필름 형성 공정에서 필름 형태와 전기적 특성의 차이를 조사합니다.
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a의 필름 형성 과정 스핀 코팅 및 b 직접 잉크젯 인쇄 방식
그림 2a–c는 ZrO2의 O1 스펙트럼을 보여줍니다. 다양한 방법으로 제작된 필름. 우리는 3개의 피크 성분의 중첩에 산소 1s 피크를 맞추었습니다. 529.8 ± 0.2 eV, 531.7 ± 0.2 eV 및 532.1 ± 0.1 eV에 중심을 둔 피크는 금속-산소 결합 종(V 엠오 ), 산소 결핍(V 오 ) 및 약하게 결합된 종(V M-OR ), 각각 [17, 18]. V 엠오 DP2-ZrO2의 종 필름은 81.57%로 SC-ZrO2보다 훨씬 높습니다. 및 DP1-ZrO2 . V 오 종은 또한 DP2-ZrO2에서 가장 낮습니다. 영화. 이것은 위에서 언급한 아이디어와 일치합니다. (1) 직접 잉크젯 인쇄 프로세스는 ZrO2를 얻을 수 있습니다. 밀도가 높고 산소 결손이 적은 필름, (2) 반복 인쇄 공정은 구멍과 트랩을 채우고 필름 내부의 공극을 줄일 수 있습니다. 인쇄된 ZrO2의 표면 형태를 조사하기 위해 AFM 측정을 수행했습니다. 스핀 코팅된 ZrO2의 필름과 비교한 필름 추가 파일 1에 표시됨:그림 S3. 스핀 코팅된 ZrO2 0.29 nm의 표면 거칠기로 가장 매끄러운 표면을 나타내며 1-layer 및 2-layer ZrO2 직접 인쇄 필름은 각각 1.05 nm 및 0.67 nm입니다. 직접 인쇄된 ZrO2 필름은 필름 형성 과정에서 제어할 수 없는 유체 흐름으로 인해 표면이 더 거칠다[19]. 직접 인쇄된 ZrO2에 대해 한 층 더 인쇄하여 표면 거칠기의 현저한 감소 필름은 기판에 인쇄된 유체에 기인할 수 있습니다. 후자는 더 균질한 필름을 개발하기 위해 초기 층의 구멍을 채웁니다. XPS 및 AFM 결과는 잉크젯 인쇄 방법이 TFT 제조에 적합한 대략적인 표면 거칠기와 함께 스핀 코팅 방법에 비해 더 높은 품질, 더 낮은 결함 유전 필름을 생성할 수 있는 가능성을 보여줍니다.
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a의 O1 스펙트럼 SC, b DP1 레이어 및 c DP2층 ZrO2 영화
SC-ZrO2의 전기적 특성을 조사하기 위해 커패시턴스-전압 및 전류-전압 측정을 수행했습니다. 및 DP-ZrO2 Al/ZrO2를 사용한 필름 /ITO 캐패시터(금속-절연체-금속)는 유리 기판에 제작되었습니다. 필름 두께는 대략적인 두께(각각 60 nm, 45 nm 및 60 nm)를 가지므로 필름 두께에 의한 영향을 제거합니다. 그림 3과 같이 DP1-ZrO2 필름은 누설 전류의 통로 역할을 하는 많은 수의 빈 공간으로 인해 절연 특성을 거의 나타내지 않습니다. DP2-ZrO2 필름은 위에서 언급한 O 1s 스펙트럼의 결과와 일치하여 최고의 절연 특성을 나타냅니다. 결과적으로 DP2-ZrO2의 누설 전류 밀도 필름은 2.4 × 10 −5 입니다. A/cm 2 1 MV/cm에서 항복 전압이 2.5 MV/cm 이상입니다. 우리의 실험에서 더 많은 층을 인쇄할수록 표면 거칠기가 유사하고 인쇄된 2층 ZrO2와 비교하여 누설 전류 밀도의 개선이 거의 없음을 보여줍니다. 영화. 반대로 너무 많은 층을 인쇄하면 쉽게 3중 라인(기체, 액체, 고체의 다른 상 라인)이 바깥쪽으로 이동하여 전구체 잉크의 불균일한 분포를 유발할 수 있습니다. 그림 4는 스핀 코팅 및 직접 인쇄된 ZrO2의 정전용량-전압 곡선을 보여줍니다. 영화. 이 세 가지 샘플의 비유전율은 19.2, 20.1, 18.8로 계산되어 기준 값(18)에 가깝습니다. 스핀 코팅 및 잉크젯 인쇄 ZrO2 모두용 필름, 전압 히스테리시스에 따라 커패시턴스 밀도가 증가하는 것이 세 샘플 모두에서 관찰되었으며 SC-ZrO2에서 가장 작습니다. 샘플 및 DP1-ZrO2에서 최대 영화. 히스테리시스는 유전막의 균일성 및 결함 상태와 관련이 있습니다. ZrO2 코팅의 균질성을 확인합니다. 필름이 가장 좋으며 다중 레이어는 직접 잉크젯 인쇄 필름의 균일성을 향상시킬 수 있습니다[20, 21].
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SC, DP1층, DP2층 ZrO2 누설전류밀도 영화
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의 정전용량 밀도 SC, b DP1 레이어 및 (c ) DP2층 ZrO2 영화
ZrO2의 효과를 더 연구하려면 SC-ZrO2를 모두 사용하는 IGZO-TFT의 TFT 성능 및 게이트 바이어스 안정성, 음의 게이트 바이어스 응력(NBS) 및 양의 게이트 바이어스 응력(PBS) 결과에 대해 서로 다른 방식으로 제조된 레이어 및 DP2-ZrO2 NBS 및 PBS에서 전달 특성 곡선은 1 시간 동안 양(+ 5 V) 또는 음(- 5 V) 바이어스를 적용하여 측정되었습니다. DP2-ZrO2 IGZO TFT는 포화 이동도(μ)로 정적 상태에서 더 나은 성능을 보여줍니다. 토 ) 12.5 cm 2 /V·s, 나 켜기 /나 꺼짐 라디오 10 6 , 및 V 번째 0 V의 SC-ZrO2 IGZO TFT는 대략 10.2 cm 2 의 낮은 이동도를 나타냅니다. /V·, 더 나쁜 나 켜기 /나 꺼짐 라디오 2 × 10 5 , 및 더 높은 오프 상태 전류(I 꺼짐 ), 주로 더 많은 양의 산소 결손에 의한 채널 누출 증가로 인한 것입니다(V 오 ) 유전체 필름에서. V 번째 SC-ZrO2 모두를 사용한 IGZO TFT의 이동 및 DP2-ZrO2 NBS 측정에서 무시할 수 있습니다. 음수 V 번째 NBS에서 산화물 TFT의 이동은 일반적으로 이온화된 산소 결손이 음의 게이트 바이어스 필드 아래에서 반도체/절연체 인터페이스로 이동할 수 있기 때문에 정공 트래핑 또는 전하 주입에 의해 발생합니다. NBS 결과는 SC-ZrO2 또는 DP2-ZrO2 필름은 IGZO와 양호한 접촉을 보입니다[22, 23]. 그러나 SC-ZrO2와 달리 V를 나타내는 IGZO TFT 번째 1 시간 동안 PBS를 적용한 후 0.4 V의 이동, DP2-ZrO2 IGZO TFT는 심각한 성능 저하와 큰 V 번째 PBS 테스트에서 1.2 V의 이동. ZrO2의 결과 - PBS 테스트에서 IGZO TFT는 표 1에 요약되어 있습니다. V 이후 번째 PBS 테스트에서 산화물 TFT의 이동은 일반적으로 흡수된 물 또는 산소 분자의 확산으로 인해 발생하므로 DP2-ZrO2의 백채널 IGZO TFT는 PBS 테스트에서 대기 환경에 더 민감합니다[24, 25].
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아 NBS 및 b SC-ZrO2의 PBS 결과 IGZO TFT. ㄷ NBS 및 d DP2-ZrO2의 PBS 결과 IGZO TFT
변성 및 Vth를 조사하기 위해 ZrO2에 대한 PBS 테스트에서 교대 -IGZO TFT, 단면 투과전자현미경(TEM) 이미지 및 EDS 라인 스캔을 측정하여 원소 분포를 분석하였다. 그림 6a에 표시된 단면 TEM 이미지에서 그리고 b , Al/IGZO/ZrO2의 구조 본 논문에서 조사한 내용을 발표하였다. SC-ZrO2에 대한 채널 영역의 고해상도 TEM 이미지에서 IGZO TFT 및 DP2-ZrO2 거의 8nm 두께의 IGZO 층인 IGZO TFT가 분명히 관찰될 수 있으며, 이는 EDS 라인 스캐닝 결과에서 In(Ga, Zn) 원소의 분포에 의해 입증될 수 있습니다. 한편, SC-ZrO2 모두 IGZO TFT 및 DP2-ZrO2 IGZO TFT, ZrO2 층은 낮은 누설 전류 밀도에 유리한 비정질 구조를 나타냅니다. 라인 스캐닝 결과, Al 원소가 IGZO 층으로 확산됨을 알 수 있는데, 이는 Al 스퍼터링 공정 중 충격에 의해 발생할 수 있다. 또한 Zr과 O 원소의 비율은 약 1:2로 순수한 ZrO2 어닐링 과정을 거쳐 형성되었습니다. SC-ZrO2용 IGZO 레이어에서도 In, Ga, Zn 및 Zr 원소의 균일한 분포가 얻어집니다. ZrO2의 균질한 구조를 나타내는 IGZO TFT 그리고 IGZO 필름은 스퍼터링 및 후-어닐링 공정 동안 형성되었습니다[19]. 그러나 DP2-ZrO2 IGZO TFT의 경우 In, Ga, Zn, O 및 Zr이 불규칙한 분포를 보입니다. 그림 6(b)에서 우리는 O 원소와 함께 Zr 원소가 유전체와 활성층의 계면에 집중되어 있음을 알 수 있다. 그리고 다층 인쇄 방식의 성막 과정을 분석한 결과와 완전히 일치했다. 다중 인쇄 과정에서 기판에 인쇄된 후자는 부분적으로 빈자리를 채우고 대부분의 액적은 상단에 축적됩니다[26]. 또한, 인쇄된 ZrO2의 IGZO 층에서 IGZO 층의 백채널에서 In과 Zn 원소의 분리가 관찰됩니다. - TFT. 본 실험에서는 Zn 원소의 비율이 최소이므로 IGZO TFT의 전기적 성능은 In과 Ga 원소에 의해 결정된다. Al/IGZO 계면에서 In-rich 영역의 형성은 다음과 같이 결론지을 수 있다:IGZO의 결함 상태를 제거하는 것을 목표로 하는 IGZO 층의 어닐링 공정 동안, 각 원소의 재분포가 있었다. O 원자는 Zr 요소보다 낮은 산소 결합 해리 에너지를 갖고 유전체/반도체 인터페이스에서 밀어내기 때문에 In 및 Zn 요소에서 "제거"되었습니다. In과 Zn 원소의 기본 물질은 불안정하여 백채널에서 흡수된 산소와 재결합하는데, 이는 EDS 스캐닝으로 증명할 수 있다[27,28,29]. 흡수된 물 분자와 산소가 있는 In-rich 영역은 큰 V 번째 PBS 테스트에서 교대합니다.
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아 SC-ZrO2의 TEM 이미지 및 EDS 라인 스캐닝 IGZO TFT. ㄴ DP2-ZrO2의 TEM 이미지 및 EDS 라인 스캐닝 IGZO TFT
성능 저하와 V의 메커니즘을 개념적으로 묘사하기 위해 번째 IGZO TFT에 대한 양의 바이어스 스트레스 하에서의 이동, 스핀 코팅된 ZrO2에 대한 TFT의 개략적인 밴드 다이어그램 잉크젯 인쇄 ZrO2 그림 7에 나와 있습니다. DP2-ZrO2 TFT는 SC-ZrO2보다 더 많은 캐리어를 축적할 수 있습니다. TFT는 더 나은 절연 특성으로 인해 정적 상태이지만 양의 바이어스 응력 하에서 대부분의 캐리어는 대기의 물 및 산소와 같은 수용체와 같은 분자에 의해 소진됩니다. 일반적으로 수소, 산소 및 H2 O 분자는 백채널의 확산으로 인해 IGZO 박막에 통합됩니다. 그 후, 수소는 산소와 반응하여 산소-수산화물 결합을 생성하고 전자를 소비하여 양의 바이어스 스트레스에서 성능이 저하됩니다. 한편, 흡착된 O2 및 H2 O 분자는 전도대에서 전자를 포획하여 양의 V 번째 PBS 이후 교대[30]. 성능 저하 및 V 번째 교대는 불안정하며 주변 대기에서 몇 시간 후에 회복될 수 있습니다. Zr-Oxide(756 kJ/mol), Ga-Oxide(364 kJ/mol), In-Oxide(336 kJ/mol) 및 Zn-Oxide(240 kJ/mol)의 서로 다른 산소 결합 해리 에너지로 인해 [31 ], O 원자는 큰 산소 결합 해리 에너지로 인해 Zr 원소와 결합할 가능성이 더 높습니다. ZrO2에서 밀어낸 In 및 Zn 요소 백채널에 대한 /IGZO 인터페이스는 환경의 산소를 흡수합니다. 직접 잉크젯 인쇄 ZrO2를 사용하는 IGZO TFT용 게이트 절연체로서 다량의 수소, 산소 및 H2 O 분자는 양의 바이어스 스트레스를 가할 때 전자를 "소비"하여 장치 성능을 저하시킵니다. 바텀 게이트 구조의 소스/드레인 전극 상부에 패시베이션층을 도입하고, 탑 게이트 구조를 이용하고, 유전체층과 반도체층 사이에 계면 개질층을 도입하는 방법은 용액 공정 TFT 소자용 PBS를 개선하는 효과적인 방법이며, 이것은 흥미롭고 우리의 추가 연구에서 수행될 것입니다.
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밴드 다이어그램 SC-ZrO2 TFT 및 DP2-ZrO2 양의 바이어스 스트레스를 받는 TFT
결론적으로 우리는 고품질의 직접 잉크젯 인쇄 ZrO2를 제작했습니다. 별도의 패터닝 기술이 필요 없는 다층 프린팅 방식의 게이트 절연체로 대형 프린팅 가공 공정에 적합합니다. 필름 형성 과정은 ZrO2 다이렉트 잉크젯 프린팅 방식으로 제조된 필름은 스핀 코팅 방식에 비해 더 조밀한 구조를 갖지만 전구체 잉크의 제어할 수 없는 유체 흐름으로 인해 균질성이 나빠진다. XPS 결과는 인쇄된 2층 ZrO2를 나타냅니다. 필름은 M-O-M 종(V 엠오 ) 및 최저 산소 결핍(V 오 ), 낮은 누설 전류 밀도를 반영합니다. DP2-ZrO2의 커패시턴스-전압 곡선 필름은 SC-ZrO2와 유사한 약간의 히스테리시스를 나타냅니다. . 결과적으로 DP2-ZrO2 필름은 2.4 × 10 −5 의 비교적 낮은 누설 전류 밀도를 나타냅니다. A/cm 2 1 MV/cm 및 2 MV/cm 이상의 항복 전압에서; DP2-ZrO2 기반 TFT 장치 12.4 cm 2 의 포화 이동도를 나타냄 /Vs, 나 켜기 /나 꺼짐 비율 10 6 , 0 V의 켜기 전압 및 1.2V V 번째 1 h PBS 테스트 후 교대. TEM 이미지 및 EDS 스캔에서 관찰된 IGZO 레이어의 백채널에서 In 요소의 분리는 더 큰 Vth를 유발할 수 있습니다. 흡착된 O2로 인한 PBS 테스트 중 이동 및 H2 전도대에서 전자를 포획할 수 있는 수용체와 같은 트랩으로 작용하는 O 분자. 이 논문은 직접 잉크젯 프린팅 기술의 장점을 제시하고 산화물 TFT 소자에 사용되는 용액 처리된 산화물 절연체의 유전 특성을 조사한다. DP2-ZrO2 산소 결손이 적고 밀도가 높은 구조를 갖지만 요소 확산으로 인해 PBS에서 안정성이 떨어집니다. 다이렉트 잉크젯 프린팅 기술은 안정성을 높인 후 저비용, 고성능으로 양산에 응용될 가능성이 높다.
메톡시에탄올(용매)
원자력 현미경
알루미늄
직접 인쇄된 1/2 레이어
전자식 차동 시스템
물 분자
인듐 갈륨 아연 산화물(산화물 반도체)
인듐 주석 산화물(전극)
산화물 1s 원자 궤도
산소 분자
포지티브/네거티브 바이어스 스트레스(테스트 모드)
스핀 코팅
질화규소(유전체)
이산화규소(유전체)
투과 전자 현미경
박막 트랜지스터
자외선
금속 산화물 결합 비율
금속-유기 결합 비율
산화물 공석 결합 비율
임계 전압
X선 광전자 분광법
지르코니아(산화물 유전체)
옥시염화지르코늄 팔수화물(재료)
나노물질
제철을 위한 직접 철광석 제련 공정 DIOS(철광석 직접 제련) 공정은 용선(액상철) 생산을 위한 제련 환원 공정입니다. 일본에서 개발된 2단계 공정입니다. 무점결탄을 분말 또는 입상으로 사용하여 미분철광석을 제련하여 액상철(열탕)로 제련하므로 코크스로 설비 및 소결 설비가 필요하지 않습니다. 광석 미분은 유동층로에서 사전 환원되고 비점결탄 및 플럭스와 함께 제련 환원로에 장입됩니다. 용광로에 산소를 불어넣습니다. DIOS 공정의 2단계는 (i) 예비환원로(PRF)에서 철광석의 사전환원 및 (ii) 제련환원로(SRF)에서 최종
직접 환원 철 생산을 위한 PERED 기술 PERED 기술은 페르시아 환원 기술이라고도 합니다. 2007년 Mines and Metals Engineering GmbH에서 발명 및 특허를 받은 직접 환원 기술입니다. PERED 직접 환원 공정은 펠릿 또는 덩어리 형태의 산화철을 제강에 적합한 고도로 환원된 제품으로 전환합니다. 산화철의 환원은 수직 용광로에서 고체 상태의 환원 가스의 도움으로 녹지 않고 발생합니다. 이 기술은 직접환원철(DRI) 생산을 위한 직접환원 공정을 개선합니다. 공정은 최적의 효율적인 결과를 얻기 위해
