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v3.2.8
Delta-doped TFT 소자의 특성을 연구하기 위해 doping depth와 doping 층 형성 시의 PH3 flow rate에 따른 a-Si:H TFT 소자의 전달특성(Transfer Characteristics)을 연구하였다. 그리고 제작된 소 자의 신뢰성 확인을 위하여 BTS(Bias-Temperature Stress) 실험을 병행하였다. 본 논문의 a-Si:H TFT는 Staggered-electrode 구조이면서 Bottom Gate 형태로 제작하였고, TFT 소자를 구성하기 위 한 전체 공정은 현재 상용화되어 있는 4Mask 공정을 적용하였다. Delta-doped TFT 소자는 n-type (n+ a-Si:H layer 및 delta-doped layer)과 p-like-type(i a-Si:H layer)의 반도체를 교번하여 제작하였다. 제작에 사용된 유리 기판은 680mm×880mm이며 화면표시 영역의 크기는 14.1인치, 해상도 1280(H)×800(V)의 102.4만 화소로 제작하였다. Delta-doped a-Si:H TFT의 채널(channel) 길이(length) 5μm, 폭(width) 42μm로 설계하였다. 실험은 delta-doping 층의 depth(D: n+ a-Si:H 층과 delta-doping 층 간의 거리)와 PH3 flow rate(delta-doping 층 형성의 조건)에 변화를 주고, 이에 따른 TFT 소자 의 전달 특성을 실험하였다.
Delta-doping 층의 depth에 대한 실험 결과는 n+ a-Si:H 층과 delta-doping층간의 거리가 20nm일 때가 가장 좋은 특성을 나타내었다. Depth가 20nm일 때까지 열림전류(on-state current)는 꾸준히 상승하였고 선형 이동도도 상승하였다. 닫힘전류(off-state current)는 depth 20nm까지 큰 변화를 가 지지 않다가 40nm일 때부터 상승하기 시작하였고 60nm 시점에서 급격하게 증가하는 경향을 보 였다. 선형이동도는 depth가 20nm 이후부터는 더 이상 증가하지 않고 포화(saturation)되는 경향 을 보였다. 이 실험으로부터, 기존의 a-Si:H TFT 제작 조건 하에서의 최적 delta-doping depth는 20nm 라는 결론을 내렸고 depth 20nm 조건에서의 PH3 가스 flow rate에 따른 실험을 진행하였다. PH3 flow rate에 따른 실험 결과는 PH3 flow rate이 증가 할수록 TFT의 선형이동도(linear mobility) 는 증가하였으나 PH3 유량비 2500sccm에서는 선형이동도가 감소하였다. 열림전류의 특성도 선 형이동도와 비슷한 경향을 보였다. PH3 flow rate 1500sccm까지의 실험에서는 열림전류가 증가 하 지만 2500sccm에서는 감소한다. 닫힘전류는 PH3 flow rate에 따라 그 특성이 변화하지 않다가PH3 flow rate 2500sccm이 되는 순간에 급격히 증가하였다. PH3 flow rate에 따른 실험의 결론은 PH3 flow rate이 1500sccm일 때 delta-doped a-Si:H TFT 소자의 특성이 최적이었다. BTS 실험은 실 험 챔버 60°C, 게이트(gate) 전압 -20V 환경 하에서 7000초 동안 진행되었는데, Vth 이동량은 2.09V로 측정 되었고 이는 기존의 상용화된 TFT의 Vth 특성과 동등한 수준이었다.
본 논문은 기존의 a-Si:H TFT 구조에서 delta-doping 기술을 적용한 delta-doped a-Si:H TFT를 제 안 한다. 그리고 Delta-doping 층의 PH3 flow rate은 1500sccm, delta-doping 층의 depth는 20nm를 제 안 한다. 이 조건에서의 열림전류는 기존의 TFT 소자 보다 33.6% 상승된 2.5μA이며, 닫힘전류 는 24pA으로 기존의 TFT 소자와 동등한 수준의 특성을 보였다. 본 논문에서 제안 하는 delta- doped a-Si:H TFT는 소자의 선형이동도가 기존의 TFT 소자 보다 43.8% 향상된 0.27cm2/Vs이며, BTS 신뢰성 시험결과, 현재 상용화된 a-Si:H TFT 수준의 안정성을 확보하였다.
Thesis Advisor: Prof. Do-Hyung Kim