RF Sputtering으로 성장한 Zinc Nitride(ZnN) 특성 연구

Abstract

Zinc Nitride(ZnN)는 Ⅱ-Ⅴ족 화합물 반도체로 우수한 광학 및 전기적 특성으로 인해 광소자 및 센서 등 여러 분야의 주목을 받고 있다. 또한, 높은 이동도를 지녀 최근의 고해상도 대면적 디스플레이 구동에 있어 후면부의 차세대 스위칭 소자에 활용될 수도 있다. 뿐만 아니라 풍부하고 저렴한 재료로 성장이 가능해 산업에 적용 시 최근의 LTPS, InGaZnO4(IGZO)에 비해 공정이 간단할 뿐만 아니라 비용적인 측면에서도 큰 장점이 있다. 하지만 기존의 연구 결과 ZnN는 성장 방법 및 환경에 따라 밴드갭과 전기적 특성이 상이하게 나타났다. 이러한 이유로 이를 완벽하게 이해하기 위한 추가적인 연구가 필요하다.

본 논문에서는 RF Sputtering과 Ar/ 가스로 성장한 ZnN 박막을 Bottom gate 구조의 Thin Film-Transistor(TFT)로 제작하여 전기적 특성을 분석하였다. 특히 박막 성장 시 가스 유입을 On/Off 하는 Gas Pulsing 기법을 사용하여 Zinc와 이온이 기판에 도달하는 것을 조절하여 양질의 박막 성장을 유도하였다. 성장된 박막은 X-ray Diffraction(XRD)을 통해 구조를 살펴보았다.

우리의 실험 결과 Zinc 금속 타겟과 RF Sputtering으로 ZnN 성장 시 Gas Pulsing 기법으로 박막의 성장을 조절할 수 있음을 확인하였다. 스퍼터링 성장 시 질소를 연속으로 주입하면 Zinc 금속 타겟이 질소 이온으로 코팅되어 Zinc 이온이 기판에 도달이 어려워 질 수 있다. 하지만 Gas Pulsing을 하면 질소 가스가 off되어 있는 동안, 타겟에서 분리된 Zinc 이온이 기판으로 원활하게 도달 하여 Zinc Nitride 박막이 성장하게 된다.