MOCVD, RF Magnetron Sputtering을 이용한 ZnO 특성 연구

Abstract

ZnO는 3.4 eV의 넓은 직접 천이형 에너지 밴드갭을 갖는 Ⅱ-Ⅵ족의 화합물 반도체로 GaN와 유사한 특성을 가져 광소자 분야에서 주목받는 물질이다. 하지만 ZnO는 선천적으로 산소 결핍 현상에 의한 강한 n-type의 특성을 가져 p-type 구현이 어려운 단점이 있다. 실제적으로 p-type ZnO에 대한 만은 연구가 진행되고 있지만 특성의 재현이 가능한 경우는 없었다. 본 논문에서는 MOCVD(metalorganic chemical vapor deposition)법을 이용한 enhancement-mode의 ZnO-TFT(thin-film transistor)와 p-type ZnO의 제작과 RF magnetron sputtering 방법을 이용한 ZnO-TFT의 특성을 연구하였다. Growth interruption 법을 이용, 박막 성장 중에 생기는 n-type의 defect를 줄여 turn-off 특성이 향상되고 문턱 전압이 positive 전압으로 증가한 TFT를 제작하였다. P-type 박막 성장을 위해 질소를 불순물로 사용한 ZnO-TFT의 특성을 평가하 였으며 성장 중에 N2O를 불순물로 사용한 ZnO-TFT를 제작하여 ZnO 내에서의 질소의 acceptor 작용 가능성을 살펴보았다. 또한 성장압력에 따른 박막의 특성을 알아보기 위한 실험을 하여 capacitance를 측정하였다. 기존의 Hall 측정은 전체 전류를 통해 박막의 carrier-type을 평가하므로 n-type 층과 p-type 층이 공존하는 이번 실험에 적합하지 않다고 판단하여 C-V측정법을 이용해 박막의 carrier-type을 측정하였다. 그 결과 negative 전압에서 capacitance가 증가하는, 즉 p-type 특성을 보이는 ZnO박막의 성장을 확인 하였다. RF magnetron sputtering 방법을 이용한 ZnO-TFT를 제작하였다. 기판에 바이어스를 걸어 주었을 때 박막의 특성이 어떻게 되는지에 중점을 두어 실험을 하였다. -70V의 바이어스를 걸어준 결과, 바이어스의 유무에 따라 박막의 특성이 바뀌는 것을 확인하였다. 이는 (-)바이어스가 Ar+이온을 박막으로 유도하는 역할로 인해 O trap을 제거하는 촉매 역할을 하는 것을 알 수 있었다.