4족 전이원소 도핑을 통한 비정질 인듐 아연 산화물 박막 트랜지스터의 방사선 저항성 개선
Enhancing Radiation-Resistance of Amorphous Indium-Zinc-Oxide Thin-Film Transistors by Group IV Transition Element Doping
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 김충익
- 발행년도 2024
- 학위수여년월 2024. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 화공생명공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000076648
- UCI I804:11029-000000076648
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록
본 연구에서는 서로 다른 4족 금속 양이온인 Ti4+, Zr4+ 및 Hf4+를 비정질 인듐-아연-산화물 (InZnO)에 도핑하는 것이 5 MeV 양성자에 대한 박막 트랜지스터 (TFT)의 소자 안정성에 미치는 영향을 확인하였다. 양성자 조 사 전후에 실시한 X선 광전자 분광법(XPS) 분석 결과에 따르면 비정질 InZnO에 도핑된 금속 양이온과 산소와의 결합이 강할수록 양성자 조사로 인한 산소 공공이 적게 발생함을 밝혔다. 또한 산화물 반도체 박막의 광학 흡광도 분석을 통해 4족 전이 원소로 도핑하면 InZnO의 밴드갭이 확장됨 을 밝혔다. 이러한 경향성에 따라 4족 전이원소(Ti, Zr, Hf)를 도핑한 InZnO 반도체 기반의 TFT는 도핑하지 않은 InZnO 반도체 기반의 TFT 에 비해 양성자 조사에 대한 높은 전기적 안정성을 나타냈다. 특히 이 연 구에서는 도펀트의 산소 결합 강도와 밴드갭을 확장하는 효과가 양성자 조사에 대한 소자 안정성과 직접적으로 상관관계가 있음을 증명했다. 그 결과, Hf을 도핑한 InZnO 반도체 기반의 TFT는 5 MeV 양성자 조사에 노출된 후에도 약 5 cm2V−1s−1의 전자 이동도와 0.2 V의 문턱전압의 변 화만 보이며 가장 안정적인 전기적 성능을 보였다.
more초록
The effect of doping with three different group IV metal cations, specifically Ti4+, Zr4+, and Hf4+, on the stability of amorphous indium– zinc-oxide (InZnO) thin-film transistors (TFTs) against 5 MeV proton irradiation was investigated. According to X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis conducted before and after proton irradiation, the higher bonding strength between oxygen ions and metal cations, which are doped in amorphous InZnO, resulted in less formation of oxygen vacancies induced by proton irradiation. Furthermore, optical absorbance spectra of oxide semiconductor films showed that doping with group IV transition elements lead to an expansion of bandgap. As with these tendencies, amorphous X-doped InZnO (X = Ti, Zr, or Hf)-based TFTs exhibited better electrical stability after proton irradiation, compared to undoped amorphous InZnO. Specifically, this study found that the order of oxygen-binding strength and bandgap widening ability of dopants directly correlated with the device stability against proton irradiation. Thus, amorphous Hf-doped InZnO-based TFT exhibited the most stable electrical performance, with an electron mobility of ∼5 cm2 V−1 s−1 and ΔVth of −0.2 V, even after exposure to 5 MeV proton irradiation.
more목차
제 1장 서 론 1
1.1 연구배경 1
1.1.1. 방사선이 전자 소자에 미치는 영향 1
1.1.2. 산화물 박막 트랜지스터 2
1.1.3. 도핑의 효과 4
1.2. 연구목적 5
제 2장 실 험 6
2.1. 시료 및 용액의 제조 6
2.2. 산화물 박막 트랜지스터 제작 7
2.3. 양성자 조사 8
2.4. 소자 및 박막 특성 분석 9
제 3장 실험결과 및 고찰 10
3.1 양성자에 의한 산화물 반도체 손상 및 4족 전이원소 도핑효과 10
3.2 양성자에 의한 산화물 반도체 박막 물리화학적 특성 변화 14
3.2.1. 표면특성 및 미세구조 분석 14
3.2.2. 화학적 결합 분석 17
3.3. 양성자에 의한 산화물 반도체의 에너지밴드 변화 21
3.3.1. 밴드갭 분석 21
3.3.2. 페르미 레벨 분석 24
3.4. 양성자에 의한 산화물 박막 트랜지스터의 전기적 특성 변화 29
제 4장 결 론 34
참고문헌 35
