Zn 금속 타겟과 산화제 펄스로 성장시킨 ZnO TFT 특성

Abstract

Sputter로 ZnO 박막을 성장시킬 때 일반적으로 ZnO 세라믹 타겟과 산소 가스를 사용한다. ZnO 세라믹 타겟을 사용하는 이유는 Zn 금속 타겟으로 제작한 TFT 보다 전기적 특성이 더 뛰어나기 때문인데, 세라믹 타겟은 표면 상태가 계속 변하여 관리하기 어렵고 가격 또한 높아 대량으로 사용하기 어려운 단점이 있다. 이 때문에 우리는 Zn 금속 타겟으로 ZnO 박막을 성장시켰다. 금속 타겟의 경우 타겟 표면의 상태에 따라 금속성을 띄거나 산화된 형태를 보일 수 있다. 타겟의 표면이 금속성을 띄게 되면 타겟 표면에 산화된 영역이 적어지므로 스퍼터링 자체는 수율이 더 좋아지지만, 이렇게 성장된 ZnO 박막은 TFT 로 사용하기에 좋지 않은 특성을 보인다. 반대로 타겟 표면의 산화된 영역이 증가하면, 산화물의 이온화 계수가 높아서 플라즈마 농도가 증가하여 스퍼터링 수율이 저하되는 단점이 있다. 그렇기 때문에 박막을 성장시킬 동안 on/off 펄스형태로 산소 가스를 공급하여 타겟의 표면 상태를 제어하고자 했다. 결과적으로 산화제 O2 유량이 적을 때 드레인 전류는 더 작아지는 것을 볼 수 있으며, 이것은 O2의 유량이 적을수록 ZnO 박막 내에 결함을 유발하는 것을 알 수 있다. 또한 산화제 가스의 유량에 따른 문턱전압의 이동도 확인할 수 있다. 산화제 CO2의 경우 유량의 증가가 압력을 증가시켜 오히려 전류가 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이 외에 산화제 노출 시간에 따른 TFT 특성 변화를 알 수 있었다. 따라서 Zn 금속 타겟을 사용하면서 좋은 전기적 특성을 가진 TFT를 제작하기 위해 ZnO 박막을 산화제의 유량과 노출시간을 조절하여 성장시켰다. 박막은 450℃에서 성장하였고, 그 후 CO2, H2 환경에서 450℃로 열처리를 하였다. 제작된 ZnO TFT는 6.5cm^2/Vsec의 이동도, 5×〖10〗^6의 on/off ratio, -5V의 문턱전압을 나타냈다