O2를 사용하여 비정질 In-Ga-Zn-O(a-IGZO) 박막 트랜지스터(TFT)의 전기적 특성 비교 플라즈마 강화 원자층 증착 Al2 O3 다른 온도에서 유전체. 고성능 a-IGZO TFT는 Al2로 성공적으로 시연되었습니다. O3 19.5 cm 2 의 높은 전계 효과 이동도를 나타내는 실온에서 증착된 유전체 V − 1 s − 1 , 160 mV/dec의 작은 하위 임계값 스윙, 0.1 V의 낮은 임계값 전압, 4.5 × 10의 큰 온/오프 전류 비율 8 , 및 우수한 네거티브 및 포지티브 게이트 바이어스 안정성. 이는 수소가 풍부한 Al2 때문입니다. O3 높은 증착 온도와 비교하여 실온에서 증착된 유전체, 따라서 a-IGZO/Al2의 계면 상태를 효율적으로 부동태화 O3 및 IGZO의 스퍼터링 동안 강화된 수소 도핑으로 인해 추가 전자를 생성하여 a-IGZO 채널의 산소 결손 및 전도성 개선. 고성능 a-IGZO TFT를 위한 이러한 극도로 낮은 열 예산은 유연한 전자 응용 분야에 매우 매력적입니다.
<섹션 데이터-제목="배경">비정질 In-Ga-Zn-O(a-IGZO) 기반 박막 트랜지스터(TFT)는 높은 이동도, 우수한 균일성, 높은 가시광 투명도 및 낮은 공정 온도로 인해 지난 10년 동안 많은 관심을 받았습니다[1, 2,3]. 이러한 장점으로 인해 투명 디스플레이, 플렉서블 장치 또는 웨어러블 전자 장치와 같은 차세대 전자 응용 프로그램의 유망한 후보입니다. 특히, 플렉서블 전자장치의 응용을 위해 TFT는 일반적으로 열 안정성이 낮은 폴리머 기판에 제작됩니다. 따라서, -IGZO TFT 제조의 열 예산을 줄이는 것이 필요하다. 이를 위해 많은 연구자들은 스퍼터링[4,5,6], 용액 공정[7,8,9], e-빔 증발[10] 및 양극산화[11]. 그러나 이러한 유전체 필름은 종종 고밀도 트랩과 강한 유전체/a-IGZO 계면 산란으로 인해 제한된 전계 효과 이동도, 큰 하위 임계값 스윙 및 작은 온/오프 전류 비율을 초래합니다[4,5,6 ,7,8,9,10,11].
한편, ALD(Atomic Layer Deposition)는 고품질 필름, 정확한 필름 두께 제어, 넓은 면적에 대한 우수한 균일성 및 낮은 공정 온도를 제공할 수 있는 유망한 기술이다[12,13,14]. Zheng et al. [15]는 ALD SiO2가 있는 a-IGZO TFT를 보고했습니다. 유전체는 포스트 어닐링이 필요 없이 우수한 전기적 성능을 나타냈다. 그러나 SiO2의 ALD를 위해서는 250 °C의 높은 기판 온도가 필요합니다. 대부분의 유연한 플라스틱 기판의 유리 전이 온도보다 높은 필름[15]입니다. 흥미롭게도 Al2의 ALD는 O3 필름은 실온(RT)에서도 실현될 수 있습니다[16, 17]. 한편, Al2 O3 RT에서 증착된 막에는 다량의 수소(H) 불순물이 포함되어 있습니다[17]. 그러나 우리가 아는 한 위에서 언급한 H가 풍부한 Al2 O3 필름은 a-IGZO TFT에서 게이트 절연체로 사용된 적이 없습니다. 따라서 RT ALD Al2이 있는 a-IGZO TFT를 탐색하는 것이 바람직합니다. O3 게이트 절연체.
이 편지에서 고성능 a-IGZO TFT는 실온에서 증착된 Al2로 성공적으로 제작되었습니다. O3 게이트 유전체. 다양한 Al2와 a-IGZO TFT의 특성을 비교하여 O3 다른 온도에서 증착된 게이트 절연체, 기본 메커니즘이 해결되었습니다.
고농도로 도핑된 p형 실리콘 웨이퍼(<0.0015 Ω cm)를 표준 RCA 공정으로 세척하고 게이트 전극으로 사용했습니다. 40나노미터 Al2 O3 필름은 트리메틸알루미늄(TMA) 및 O2를 사용하여 상업용 ALD 시스템(Picsun Ltd.)에 증착되었습니다. 각각 전구체 및 반응물로 플라즈마. 하나의 성장 주기는 0.1 s TMA 펄스, 10s N2로 구성됨 퍼지, 8 s O2 플라즈마 펄스 및 10초 N2 숙청. TMA는 안정적인 증기압과 용량을 위해 18 °C에서 유지되었으며, O2 가스 유량은 2500 W의 플라즈마 발생기 전력으로 150sccm로 고정되었습니다. 후속적으로 In:Ga:Zn:O =1의 원자 비율을 갖는 IGZO 세라믹 타겟을 사용하여 RF 스퍼터링에 의해 40nm a-IGZO 필름을 증착했습니다. :1:1:4. 스퍼터링 중 작동 압력 및 Ar 및 O2 가스 유량은 각각 0.88 Pa 및 48 및 2sccm로 고정되었습니다. 활성 영역은 포토리소그래피 및 습식 에칭에 의해 형성되었습니다. 그 후, 30nm Ti/70nm Au 이중층의 소스/드레인 전극을 전자빔 증발 및 리프트 오프 방법으로 제조하였다. 이 장치에는 더 이상의 어닐링 프로세스가 적용되지 않았습니다.
a-IGZO TFT의 전기적 특성은 실온의 다크 박스에서 반도체 소자 분석기(Agilent Tech B1500A)를 사용하여 특성화되었습니다. 소자 안정성은 각각 포지티브 및 네거티브 게이트 바이어스 스트레스에서 측정되었습니다. 원소의 깊이 프로파일과 화학 조성은 각각 2차 이온 질량 분석기(SIMS)와 X선 광전자 분광기(XPS)로 측정되었습니다.
그림 1a는 Al2의 유전 상수를 비교합니다. O3 주파수의 함수로 서로 다른 온도에서 증착된 필름(즉, 10 Hz에서 10 5 까지) Hz). 증착 온도가 100에서 150 °C로 증가함에 따라 필름은 유전 상수의 점진적인 감소를 나타냅니다. 유사한 경향이 RT에서 150 °C로 변하는 증착 온도에 대한 이전 문헌에서도 보고되었습니다[18, 19]. RT Al2 때문입니다. O3 막은 OH 기 형태로 가장 높은 농도의 수소(H)를 포함합니다. 따라서 전기장에서 더 많은 OH 그룹의 회전으로 인해 해당 유전 상수가 향상됩니다[20]. 10 Hz의 측정 주파수 측면에서, RT, 100 °C 및 150 °C Al2에 대해 추출된 유전상수 O3 필름은 각각 8.6, 7.9 및 7.4와 같으며 전계 효과 이동도(μ)의 추출에 사용됩니다. FE ) 및 계면 트랩 밀도(D 그것 ) 제작된 TFT 소자. 그림 1b는 다양한 Al2의 누설 전류 특성을 보여줍니다. O3 영화. RT Al2 O3 필름은 2.38 × 10 − 8 의 작은 누설 전류 밀도를 나타냅니다. A/cm 2 2MV/cm 및 5.3MV/cm의 항복 전기장에서. 또한, 항복 전기장은 증착 온도가 100에서 150 °C로 증가함에 따라 점진적으로 증가합니다.
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Al2의 전기적 특성 O3 다른 온도에서 증착된 필름. 아 유전 상수 대 주파수. ㄴ 누설 전류 밀도 대 전기장
그림 2는 Al2가 다른 a-IGZO TFT의 일반적인 전달 곡선을 보여줍니다. O3 게이트 절연체. RT Al2 O3 TFT는 높은 μ FE 19.5 cm 2 V − 1 s − 1 , 160 mV/dec의 작은 하위 임계값 스윙(SS), 작은 임계값 전압(V T ) 0.1 V, 큰 온/오프 전류비(I 켜기/끄기 ) 4.5 × 10 8 . 그러나 Al2를 사용하는 a-IGZO TFT O3 100 및 150 °C 모두에서 증착된 게이트 절연체는 훨씬 낮은 성능, 즉 감소된 온 전류(10 − 7 그리고 3 × 10 − 9 A) 및 저하된 SS. 디 그것 Al2의 인터페이스에서 O3 /a-IGZO는 다음 방정식[21]에 따라 계산할 수 있습니다.
$$ {D}_{\mathrm{it}}=\left(\frac{\mathrm{SS}\times \lg e}{kT/q}-1\right)\frac{C_{ox}}{ q^2} $$ (1)여기서 e , 카 , T , 및 q 오일러 수, 볼츠만 상수, 절대 온도 및 단위 전자 전하를 각각 나타냅니다. C 소 는 단위 면적당 게이트 유전체 커패시턴스입니다. RT Al2의 경우 O3 TFT, D 그것 1.1 × 10 12 과 같습니다. eV − 1 cm − 2 , Al2가 있는 TFT보다 1~2배 이상 낮습니다. O3 100 및 150 °C에서 증착된 게이트 절연체.
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ALD Al2이 있는 a-IGZO TFT의 전달 곡선 O3 추출된 장치 매개변수와 함께 다른 온도에서 증착된 게이트 절연체
장치의 게이트 바이어스 안정성은 음 및 양 전압을 적용하여 추가로 측정되었습니다. 그림 3은 V를 보여줍니다. T 다른 TFT에 대한 바이어스 스트레스 시간의 함수로 시프트합니다. 음의 게이트 바이어스 스트레스(NGBS) 측면에서 RT Al2 O3 TFT는 무시할 수 있는 V를 나타냅니다. T 40 분 동안 - 10 V에서 스트레스를 받은 후 - 0.04 V의 이동. 그러나 더 높은 온도의 Al2 O3 게이트 절연체는 더 큰 V를 생성합니다. T 특히 150 °C에서 이동합니다. RT Al2에 대한 높은 NGBS 안정성 O3 낮은 농도의 산소 결핍에 기인해야 합니다(V 오 ) a-IGZO 채널 [22]. PGBS(포지티브 게이트 바이어스 스트레스)와 관련하여 RT Al2 O3 TFT는 V를 표시합니다. T 100 및 150 °C Al2에 대한 것(8.8 V 및 12.1 V)보다 훨씬 작은 1.47 V의 이동 O3 TFT. 또한, 그림 4와 같이 보관 시간이 기기 성능에 미치는 영향을 조사했습니다. 후면 채널에는 보호막이 덮이지 않았지만 기기는 캐비닛(20% RH)에 보관된 후에도 여전히 우수한 성능을 유지합니다. 30 °C에서 60 일 동안; 한편, μ에는 큰 변화가 없습니다. FE 및 SS가 관찰됩니다. 이것은 RT Al2를 나타냅니다. O3 패시베이션 층이 없는 TFT는 현재 환경에서 우수한 저장 시간 종속적 안정성을 갖습니다.
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V T Al2가 있는 TFT의 경우 NGBS =− 10 V 및 PGBS =10 V에서 바이어스 스트레스 시간의 함수로 이동 O3 다른 온도에서 증착된 절연체
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RT Al2의 시간 의존적 안정성 O3 30 °C에서 캐비닛(20% RH)에 보관된 후의 TFT. 아 곡선을 전송합니다. ㄴ 가동성 및 하위 임계값 스윙
표 1은 RT Al2의 성능을 비교합니다. O3 다른 보고서와 TFT. 우리 기기가 0에 가까운 V를 나타내는 것으로 나타났습니다. T , 더 작은 SS, 더 큰 I 켜기/끄기 비슷한 이동성의 경우 [4, 23]. Ta2를 사용하지만 O5 게이트 절연체는 61.5 cm 2 의 더 높은 이동성을 얻을 수 있습니다. V − 1 s − 1 , SS와 나 모두 켜기/끄기 현저하게 나빠진다[10]. 한마디로 우리의 RT Al2 O3 TFT는 100 및 150 °C Al2에 비해 우수한 종합 성능을 보유합니다. O3 TFT. Al2의 증착 단계를 제외하고 모든 처리 단계가 동일하기 때문에 O3 , 전기적 성능의 이러한 상당한 차이는 Al2에서 비롯되어야 합니다. O3 게이트 절연체.
<그림>기본 메커니즘을 이해하기 위해 a-IGZO/Al2 요소의 깊이 프로파일 O3 적층 필름은 SMIS에 의해 분석되었습니다. 그림 5a는 IGZO/Al2 스택의 깊이에 대한 H 농도 의존성을 보여줍니다. O3 , 여기서 Al2 O3 필름은 각각 RT와 150 °C에서 증착되었습니다. 비교를 위해 베어 Si 기판에 증착된 IGZO 필름도 분석했습니다. 베어 Si에 증착된 IGZO 필름은 ~ 3 × 10 21 의 H 농도를 포함합니다. cm − 3 , 스퍼터링 시스템의 잔류 가스에서 발생하고 흡수된 H2 /H2 Si 표면의 O 분자. Al2에 증착된 두 IGZO 필름 O3 막은 베어 Si 기판보다 더 높은 H 농도를 포함합니다. 이는 증가된 H 농도가 기본 Al2에서 H 불순물의 방출로 인해 발생해야 함을 나타냅니다. O3 IGZO의 스퍼터링 중 필름. 또한, RT Al2 상단의 IGZO 필름에서 H 농도가 O3 막은 계면 상태의 보다 효율적인 패시베이션을 제공할 수 있는 계면-근접 영역에서 150 °C의 것보다 높습니다. 따라서 RT Al2의 SS 및 PGBS 안정성이 향상됩니다. O3 계면 캐리어 트래핑을 줄임으로써 TFT. 또한, IGZO/Al2 계면 근처의 a-IGZO 필름의 O 1s XPS 스펙트럼 O3 그림 5b와 같이 분석되었습니다. 피팅된 피크는 O 2- 에 해당하는 530.2 ± 0.1 eV, 530.9 ± 0.1 eV 및 531.6 ± 0.1 eV에 있습니다. 금속과 결합된 이온(O1), V 오 (O2), OH기(O3) [13, 24]. O2의 비율은 베어 Si 상단의 a-IGZO 층에서 26.3%입니다. 그러나 150 °C 및 RT Al2의 경우 12.3% 및 6.8%로 감소합니다. O3 각각 기본 필름. 이는 더 많은 V 오 IGZO 채널에서 기본 Al2에서 발생하는 추가 H 불순물에 의해 효과적으로 부동태화될 수 있습니다. O3 필름, 특히 RT Al2용 O3 H 농도가 더 높은 필름. V 오 및 H는 둘 다 a-IGZO 필름에 존재하며, 결합하여 H가 V에 포획되는 안정적인 상태를 형성할 수 있습니다. 오 (V 오 H) 및 결과 V 오 H는 얕은 수준의 기증자이다[25,26,27]. 따라서 RT Al2 상단의 IGZO 채널에 향상된 H 도핑 O3 추가 전자를 제공하여 채널 전도도를 향상시킵니다. 또한 작은 V T RT Al2에 대한 NGBS 아래로 이동 O3 TFT는 또한 V의 효과적인 H 패시베이션에 기인할 수 있습니다. 오 [28]. 문헌에 보고된 바와 같이 NGBS에서 TFT의 불안정성은 중성 V의 이온화에서 비롯됩니다. 오 (V 오 → V 오 2+ +2e − ) [17, 29]. 또한, RT Al2에서 a-IGZO 필름의 O3 비율 O3 150 °C Al2보다 높은 6.9%입니다. O3 (5.3%) 및 베어 Si (4.6%), 각각. OH 그룹은 반응 O 2- 에서 유래할 수 있습니다. + H → OH − + e − IGZO 필름 증착 중 [30]. 따라서 RT Al2 상단의 IGZO 채널에 향상된 H 도핑 O3 필름은 더 많은 OH기를 생성하고 또한 채널 전도도 향상에 기여합니다.
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아 Al2의 수소 농도에 대한 SIMS 프로필 O3 RT 및 150 °C에서 증착됩니다. ㄴ RT Al2에 증착된 IGZO 채널의 고해상도 O1s XPS 스펙트럼 O3 , 150 °C Al2 O3 , 및 베어 시
고성능 a-IGZO TFT는 H가 풍부한 Al2을 사용하여 RT의 극도로 낮은 열 예산에서 성공적으로 제작되었습니다. O3 O2에 의해 준비된 게이트 유전체 플라즈마 강화 ALD. 이것은 Al2 O3 RT에서 증착된 유전체는 더 높은 온도에서 증착된 것보다 더 많은 수소 불순물을 포함합니다. 따라서 IGZO의 스퍼터링 중에 방출된 H 불순물은 더 많은 전자를 생성하고 a-IGZO/Al2의 계면 상태를 효율적으로 부동태화했습니다. O3 그리고 V 오 a-IGZO 채널에서.
비정질 In-Ga-Zn-O
원자층 증착
계면 트랩 밀도
수소
온/오프 전류 비율
네거티브 게이트 바이어스 스트레스
포지티브 게이트 바이어스 스트레스
실내 온도
2차 이온 질량 분석기
하위 임계값 스윙
박막 트랜지스터
산소 결핍
산소 결핍에 갇힌 수소
임계 전압
X선 광전자 분광법
전계 효과 이동성
나노물질
초록 전형적인 슈퍼커패시터 전극 물질인 층상 이중 수산화물은 구조가 잘 조절되면 우수한 에너지 저장 성능을 나타낼 수 있습니다. 이 연구에서 다양한 니켈-코발트 층상 이중 수산화물(NiCo-LDHs)을 제조하기 위해 간단한 1단계 열수 방법이 사용되며, 여기서 다양한 요소 함량이 NiCo-LDH의 다양한 나노구조를 조절하는 데 사용됩니다. 결과는 요소 함량의 감소가 NiCo-LDH의 분산성을 효과적으로 개선하고 두께를 조정하며 내부 기공 구조를 최적화하여 정전 용량 성능을 향상시킬 수 있음을 보여줍니다. 니켈(0.06g) 대 코발
Senseye 베타가 진행 중인 이 게시물은 제품 사용에 대한 간략한 소개를 제공합니다. Senseye가 자동으로 데이터에서 통찰력 구축을 시작하고 대시보드 구축을 시작하기 위해 Senseye에 센서를 추가하는 단순성을 시연합니다. 아직 센서가 없더라도 Senseye 내에서 공개 데이터를 사용하는 방법을 보여드리겠습니다. 원시 센서 데이터 먼저 우리가 Thingspeak에서 모니터링하려는 채널입니다. https://thingspeak.com/channels/public으로 이동하면 사람들이 공개한 채널 목록을 찾을 수 있습니다. 이
