KR101368972B1 - Method for extracting subgap density of states of amorphous oxide semiconductor thin-film transistor using optical differential ideality factor and apparatus thereof - Google Patents

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Abstract

A method for extracting state density in a band gap of an amorpous oxide semiconductor thin film transistor by using an optical differential ideality coefficient and a device thereof are provided. The method for extracting state density in a band gap of an amorpous oxide semiconductor thin film transistor includes a step of measuring a darkroom drain current from a darkroom according to a gate voltage and measuring a light reaction drain current according to the gate voltage by emitting light of a light source, a step of calculating a light reaction ideality coefficient and a darkroom ideality coefficient by using the light reaction drain current and the darkroom drain current, and a step of extracting the state density in the band gap of the thin film transistor based on the differentiation of the light reaction ideality coefficient and the darkroom ideality coefficient. The step of extracting the state density extracts genuine state density by de-embedding capacitance formed by free electrons. [Reference numerals] (AA) Start; (BB) End; (S310) Measure a darkroom drain current according to a gate voltage in a darkroom; (S320) Measure a light reaction drain current according to the gate voltage by emitting light of a light source; (S330) Calculate a darkroom ideality coefficient by using the darkroom drain current; (S340) Calculate a light reaction ideality coefficient by using the light reaction drain current; (S350) Calculate light reaction capacitance based on the differentiation of the light reaction ideality coefficient and the darkroom ideality coefficient; (S360) Extract state density from a band gap based on the light reaction capacitance

Description

광 미분 이상계수를 이용한 비정질 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 밴드갭 내 상태밀도 추출 방법 및 그 장치 {Method for extracting subgap density of states of amorphous oxide semiconductor thin-film transistor using optical differential ideality factor and apparatus thereof}Method for extracting subgap density of states of amorphous oxide semiconductor thin-film transistor using optical differential ideality factor and apparatus

본 발명은 비정질 산화물 반도체 박막 트랜지스터(TFT)의 밴드갭 내 상태밀도(subgap density-of-states) 추출에 대한 것으로, 상세하게는 광 미분 이상계수(optical differential ideality factor)를 이용하여 자유 전자에 의해 형성되는 커패시턴스를 디임베딩(de-embedding)시킨 밴드갭 내 상태밀도를 추출할 수 있는 비정질 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 밴드갭 내 상태밀도 추출 방법 및 그 장치에 관한 것이다.The present invention is directed to the extraction of subgap density-of-states of amorphous oxide semiconductor thin film transistors (TFTs), specifically by optical electrons using optical differential ideality factors. The present invention relates to a method and apparatus for extracting a state density in a bandgap of an amorphous oxide semiconductor thin film transistor capable of extracting a state density in a bandgap de-embedded.

본 발명은 교육과학기술부 및 한국연구재단의 교육과학기술부 기초연구사업-중견연구자(핵심연구)의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2012-0005001, 과제명: 차세대 디스플레이용 산화물 반도체 TFT를 위한 집적화된 Thermo-Opto Electronic 특성 분석 플랫폼 개발 및 응용].The present invention is derived from a study performed as a part of the Basic Research Project-Middle Researcher (Core Research) of the Ministry of Education, Science and Technology and the Ministry of Education, Science and Technology of the Korea Research Foundation. Development and Application of Integrated Thermo-Opto Electronic Characterization Platform for Semiconductor TFT].

비정질 산화물 반도체 박막 트랜지스터(TFT)는 높은 캐리어 이동도와 대면적에서의 박막의 균일성(uniformity) 그리고 신뢰성 관점에서의 안정성과 같은 장점들을 가지고 있다. 비정질 산화물 반도체 TFT는 이런 장점들 때문에 고해상도 AM(Active Matrix)-LCD 및 AM-OLED(Organic Light-Emitting Diode) 등 디스플레이 백플레인(display backplane)에 상용화되어 있는 비정질 Si TFT의 대체 소자로써 활발한 연구가 진행되고 있다. 실제로 최근 3-4년간 비정질 산화물 반도체 TFT인 a-IGZO(InGa-ZnO) TFT가 다양한 디스플레이 픽셀(pixel) 회로나 3-D 적층 회로 등에 적용됨으로써 이의 적용 가능성이 입증되었다.Amorphous oxide semiconductor thin film transistors (TFTs) have advantages such as high carrier mobility, uniformity of thin films in a large area, and stability from a reliability point of view. Amorphous oxide semiconductor TFTs have been actively researched as an alternative to amorphous Si TFTs that are commercialized in display backplanes such as high resolution AM (Active Matrix) -LCD and AM-OLED (Organic Light-Emitting Diode) . Indeed, in the recent 3-4 years, a-IGZO (InGa-ZnO) TFT, which is an amorphous oxide semiconductor TFT, has been applied to various display pixel circuits and 3-D lamination circuits and proved its applicability.

이런 비정질 산화물 반도체 박막 트랜지스터는 밴드갭 내에 존재하는 상태밀도(subgap DOS)의 전기적인 영향이 크기 때문에 밴드갭 내 상태밀도를 추출하는 것이 소자의 특성을 분석하는 부분에 있어서 매우 중요한 역할을 하고 있다. 특히, 비정질 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 성능과 집적 밀도를 향상시키기 위하여 스케일(scale)이 점점 줄어듦에 따라, 밴드갭 내 상태밀도를 추출하는 것은 액티브 필름의 특성과 성능에 있어서 매우 중요하다.
Since the amorphous oxide semiconductor thin film transistor has a large influence on the state density (subgap DOS) existing in the bandgap, extraction of the state density in the bandgap plays a very important role in analyzing the characteristics of the device. In particular, as the scale decreases to improve the performance and the integration density of the amorphous oxide semiconductor thin film transistor, extracting the state density in the band gap is very important in the characteristics and performance of the active film.

종래 비정질 산화물 반도체 TFT의 밴드갭 내 상태밀도를 추출하는 방법으로는, 커패시턴스-전압(C-V) 특성을 이용한 추출, 다양한 파장을 사용함으로써 문턱 전압의 광에 의한 쉬프트(photo-induced shift)를 이용한 추출, 수치 시뮬레이션 기반 피팅(numerical simulation-based fitting) 등 다양한 방법이 있었다.Conventional methods of extracting the state density in the bandgap of an amorphous oxide semiconductor TFT include extraction using a capacitance-voltage (CV) characteristic, extraction using a photo-induced shift of a threshold voltage by using various wavelengths, , Numerical simulation-based fitting, and so on.

하지만, 종래 방법들은 복잡한 계산을 요구하거나, 광 또는 온도, 열 등의 영향에 의하여 전기적 성질이 드리프트(drift)되는 문제로 인하여 비정질 산화물 반도체 TFT의 추출되는 밴드갭 내 상태밀도에 대한 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있다.
However, the conventional methods require a complicated calculation, or the reliability of the state density in the extracted band gap of the amorphous oxide semiconductor TFT due to the problem that the electrical properties drift due to the influence of light or temperature, heat, etc. There is this.

따라서, 복잡한 수식 또는 외부 조건에 대한 영향 없이 정확한 밴드갭 내 상태밀도를 추출할 수 있는 방법의 필요성이 대두된다.Therefore, there is a need for a method capable of extracting accurate state density in a bandgap without affecting complicated equations or external conditions.

한국등록특허공보 제10-1105273호 (등록일 2012.01.05)Korea Patent Publication No. 10-1105273 (Registration date 2012.01.05)

IEEE Electron Device Lett., "Differential Ideality Factor Technique for Extraction of Subgap Density of States in Amorphous InGaZnO Thin-Film Transistors" (공개일 2012.03.)IEEE Electron Device Lett., "Differential Ideality Factor Technique for Extraction of Subgap Density of States in Amorphous InGaZnO Thin-Film Transistors" (published Mar. 2012)

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 도출된 것으로서, 광 미분 이상계수를 이용하여 밴드갭 내 상태밀도를 추출할 수 있는 비정질 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 밴드갭 내 상태밀도 추출 방법 및 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention was derived to solve the problems of the prior art as described above, and a method and apparatus for extracting state density in a bandgap of an amorphous oxide semiconductor thin film transistor capable of extracting state density in a bandgap using an optical differential ideal coefficient. The purpose is to provide.

구체적으로, 본 발명은 광의 조사 유무에 따라 드레인 전류를 측정하고, 측정된 드레인 전류를 이용하여 각각의 이상계수(ideality factor)를 계산한 후 계산된 두 이상계수의 차이에 대한 미분을 통해 밴드갭 내 상태밀도를 추출함으로써, 복잡한 측정 과정을 생략하고, 문턱전압에 독립적인 밴드갭 내 상태밀도를 추출할 수 있다.Specifically, the present invention measures the drain current according to the irradiation of light, calculates each ideal factor using the measured drain current, and then calculates the band gap through the derivative of the difference between the two ideal coefficients calculated. By extracting the internal density, a complicated measurement process can be omitted, and the internal density of the bandgap independent of the threshold voltage can be extracted.

또한, 본 발명은 광의 조사 유무에 따라 측정된 드레인 전류를 이용한 이상계수의 미분을 통해 간단하고 빠르게 밴드갭 내 상태밀도를 추출할 수 있는 비정질 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 밴드갭 내 상태밀도 추출 방법 및 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention is a method of extracting the state density in the bandgap of the amorphous oxide semiconductor thin film transistor which can extract the state density in the bandgap simply and quickly through the derivative of the ideal coefficient using the drain current measured according to the irradiation of light and its It is an object to provide a device.

또한, 본 발명은 자유 전자에 의해 형성되는 커패시턴스를 디임베딩(de-embedding)시킴으로써, 진성 밴드갭 내 상태밀도를 추출할 수 있는 비정질 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 밴드갭 내 상태밀도 추출 방법 및 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention provides a method and apparatus for extracting a state density within a bandgap of an amorphous oxide semiconductor thin film transistor capable of extracting the state density within an intrinsic bandgap by de-embedding capacitance formed by free electrons. It aims to provide.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 밴드갭 내 상태밀도 추출 방법은 비정질 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 밴드갭 내 상태밀도 추출 방법에 있어서, 암실에서 상기 비정질 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 게이트 전압에 따른 암실 드레인 전류를 측정하고, 미리 결정된 광원의 광을 조사하여 상기 비정질 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 상기 게이트 전압에 따른 광 반응 드레인 전류를 측정하는 단계; 상기 측정된 상기 암실 드레인 전류를 이용하여 상기 게이트 전압에 따른 암실 이상계수(ideality factor)를 계산하고, 상기 측정된 상기 광 반응 드레인 전류를 이용하여 상기 게이트 전압에 따른 광 반응 이상계수를 계산하는 단계; 및 상기 계산된 상기 암실 이상계수와 상기 광 반응 이상계수의 미분에 기초하여 상기 비정질 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 밴드갭 내 상태밀도를 추출하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, in the bandgap state density extraction method of the amorphous oxide semiconductor thin film transistor according to an embodiment of the present invention, in the bandgap state density extraction method of the amorphous oxide semiconductor thin film transistor, Measuring a dark room drain current according to a gate voltage of an amorphous oxide semiconductor thin film transistor, and measuring photoreaction drain current according to the gate voltage of the amorphous oxide semiconductor thin film transistor by irradiating light of a predetermined light source; Calculating a dark room ideal factor according to the gate voltage using the measured dark room drain current, and calculating a photo reaction abnormal coefficient according to the gate voltage using the measured photoreaction drain current. ; And extracting a state density within a band gap of the amorphous oxide semiconductor thin film transistor based on the calculated derivative of the dark room abnormality coefficient and the photoreaction abnormality coefficient.

상기 밴드갭 내 상태밀도를 추출하는 단계는 상기 광 반응 이상계수와 상기 암실 이상계수의 차이에 대한 미분에 기초하여 상기 광의 조사에 의한 광 반응에 의해 상기 밴드갭 내 상태밀도에서 형성되는 광 반응 커패시턴스를 계산하고, 상기 계산된 상기 광 반응 커패시턴스에 기초하여 상기 밴드갭 내 상태밀도를 추출할 수 있다.The extracting of the state density in the bandgap may include a photoreaction capacitance formed at the state density in the bandgap by photoreaction by irradiation of light based on the derivative of the difference between the photoreaction anomaly and the darkroom abnormality coefficient. May be calculated and the state density in the band gap may be extracted based on the calculated photoreaction capacitance.

상기 암실 이상계수와 상기 광 반응 이상계수는 상기 밴드갭 내 상태밀도에서 형성되는 커패시턴스와 자유 전자에 의해 형성되는 커패시턴스를 포함할 수 있다.The dark room abnormality coefficient and the photoreaction abnormality coefficient may include capacitance formed by the density of states in the band gap and capacitance formed by free electrons.

상기 밴드갭 내 상태밀도를 추출하는 단계는 자유 전자에 의해 형성되는 커패시턴스를 디임베딩시킨 상기 비정질 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 진성 밴드갭 내 상태밀도를 추출할 수 있다.
The extracting the state density in the band gap may extract the state density in the intrinsic band gap of the amorphous oxide semiconductor thin film transistor by de-embedding the capacitance formed by the free electrons.

본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 밴드갭 내 상태밀도 추출 장치는 비정질 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 밴드갭 내 상태밀도 추출 장치에 있어서, 암실에서 상기 비정질 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 게이트 전압에 따른 암실 드레인 전류를 측정하고, 미리 결정된 광원의 광을 조사하여 상기 비정질 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 상기 게이트 전압에 따른 광 반응 드레인 전류를 측정하는 측정부; 상기 측정된 상기 암실 드레인 전류를 이용하여 상기 게이트 전압에 따른 암실 이상계수(ideality factor)를 계산하고, 상기 측정된 상기 광 반응 드레인 전류를 이용하여 상기 게이트 전압에 따른 광 반응 이상계수를 계산하는 연산부; 및 상기 계산된 상기 암실 이상계수와 상기 광 반응 이상계수의 미분에 기초하여 상기 비정질 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 밴드갭 내 상태밀도를 추출하는 추출부를 포함한다.An apparatus for extracting a state density within a bandgap of an amorphous oxide semiconductor thin film transistor according to an exemplary embodiment of the present invention is a device for extracting a state density within a bandgap of an amorphous oxide semiconductor thin film transistor, wherein the gate voltage of the amorphous oxide semiconductor thin film transistor is dark in a dark room. A measurement unit configured to measure a dark room drain current according to the light source, and to measure a photoreaction drain current according to the gate voltage of the amorphous oxide semiconductor thin film transistor by irradiating light from a predetermined light source; A calculation unit calculating a dark room ideal factor according to the gate voltage using the measured dark room drain current, and calculating a photo reaction abnormal coefficient according to the gate voltage using the measured photoreaction drain current ; And an extraction unit for extracting a state density in a band gap of the amorphous oxide semiconductor thin film transistor based on the calculated derivative of the dark room abnormality coefficient and the photoreaction abnormality coefficient.

본 발명에 따르면, 광의 조사 유무에 따라 드레인 전류를 측정하고, 측정된 드레인 전류를 이용하여 각각의 이상계수를 계산한 후 계산된 두 이상계수의 차이에 대한 미분을 통해 광 조사에 의한 광 반응에 의해 밴드갭 내 상태밀도에서 형성되는 광 반응 커패시턴스를 계산하고, 계산된 광 반응 커패시턴스에 기초하여 밴드갭 내 상태밀도를 추출함으로써, 복잡한 측정 과정을 생략하고, 문턱전압에 독립적인 밴드갭 내 상태밀도를 추출할 수 있다.According to the present invention, the drain current is measured according to the presence or absence of light, the respective abnormal coefficients are calculated by using the measured drain current, and then the optical response by light irradiation is applied to the difference between the calculated two ideal coefficients. By calculating the photoreaction capacitance formed at the state density in the bandgap, and extracting the state density in the bandgap based on the calculated photoreaction capacitance, eliminating the complicated measurement process, the state density in the bandgap independent of the threshold voltage Can be extracted.

또한, 본 발명은 광의 조사 유무에 따라 측정된 드레인 전류를 이용한 이상계수들 간의 미분을 통해 간단하고 빠르게 밴드갭 내 상태밀도를 추출할 수 있다.In addition, the present invention can simply and quickly extract the state density in the band gap through the derivative between the abnormal coefficients using the drain current measured according to the irradiation of light.

본 발명은 자유 전자에 의해 형성되는 커패시턴스를 디임베딩(de-embedding)시킴으로써, 비정질 산화물 반도체 TFT의 진성 밴드갭 내 상태밀도를 추출할 수 있다.The present invention can extract the state density in the intrinsic bandgap of an amorphous oxide semiconductor TFT by de-embedding the capacitance formed by free electrons.

도 1은 비정질 산화물 반도체 TFT에 대한 일 실시예의 사시도를 나타낸 것이다.
도 2는 도 1에 대한 커패시턴스의 등가 모델을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 산화물 반도체 TFT의 밴드갭 내 상태밀도 추출 방법에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
도 4는 도 3에 도시된 단계 S360에 대한 일 실시예의 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
도 5는 광의 조사 유무에 따른 게이트 전압에 따라 측정된 드레인 전류의 특성 곡선에 대한 일 예를 나타낸 것이다.
도 6은 게이트 전압에 따라 측정된 게이트 커패시턴스의 특성 곡선에 대한 일 예의 그래프를 나타낸 것이다.
도 7은 게이트 전압에 따른 이상계수의 실험값 및 피팅값에 대한 일 예의 그래프를 나타낸 것이다.
도 8은 종래 밴드갭 내 상태밀도 추출 방법과 본 발명에 따른 밴드갭 내 상태밀도 추출 방법의 차이를 설명하기 위한 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명에 따른 방법에 의해 추출된 밴드갭 내 상태밀도에 대한 일 예의 그래프를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 산화물 반도체 TFT의 밴드갭 내 상태밀도 추출 장치에 대한 구성을 나타낸 것이다.
1 is a perspective view of an embodiment of an amorphous oxide semiconductor TFT.
FIG. 2 shows an equivalent model of capacitance for FIG. 1.
3 is an operation flowchart of a method for extracting a state density in a bandgap of an amorphous oxide semiconductor TFT according to an exemplary embodiment of the present invention.
4 shows an operation flowchart of an embodiment for step S360 shown in FIG.
5 shows an example of a characteristic curve of the drain current measured according to the gate voltage with or without light irradiation.
6 shows an example graph of the characteristic curve of the gate capacitance measured according to the gate voltage.
7 is a graph illustrating an example of an experimental value and a fitting value of an abnormal coefficient according to a gate voltage.
8 illustrates an exemplary diagram for explaining a difference between a state density extraction method in a bandgap and a state density extraction method in a bandgap according to the present invention.
9 shows an example graph of the density of states in a bandgap extracted by the method according to the present invention.
FIG. 10 shows a configuration of an apparatus for extracting a state density in a bandgap of an amorphous oxide semiconductor TFT according to an embodiment of the present invention.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부 도면을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백히 드러나게 될 것이다.Other objects and features of the present invention will become apparent from the following description of embodiments with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
However, the present invention is not limited to or limited by the embodiments. Like reference symbols in the drawings denote like elements.

이하에서는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 미분 이상계수를 이용한 비정질 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 밴드갭 내 상태밀도 추출 방법 및 그 장치를 첨부된 도 1 내지 도 10을 참조하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, a method and apparatus for extracting state density in a bandgap of an amorphous oxide semiconductor thin film transistor using an optical differential ideal coefficient according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 10.

비정질 산화물 반도체 TFT는 AMLCD, AMOLED 등의 디스플레이 백플레인에 스위치나 구동 소자 등으로 상용화 되어 있는 a-Si TFT 대신에 높은 캐리어 이동도와 대면적에서의 박막의 균일성, 신뢰성 관점에서 안정성으로 인해 대체 소자로 각광받고 있다.Amorphous oxide semiconducting TFTs are used as substitute devices due to their high carrier mobility, uniformity of thin films in a large area, and stability from a reliability point of view instead of a-Si TFTs, which are commercially available as switch or driving devices in display backplanes such as AMLCD and AMOLED Be in the spotlight.

이런 비정질 산화물 반도체 TFT는 전기적 특성에 큰 영향을 미치는 밴드갭 내 상태밀도를 추출하는 것이 소자의 특성을 분석하는 부분에 있어서 매우 중요하고, 그리고, 비정질 산화물 반도체 TFT의 밴드갭 내 상태밀도는 광(빛), 온도, 열 등에 의한 외부 환경 요소에 의해 영향을 받을 수 있으며, 문턱전압에 의존적일 수 있다.
In this amorphous oxide semiconductor TFT, it is very important to extract the state density in the bandgap which has a great influence on the electrical characteristics in the part of analyzing the characteristics of the device. May be affected by external environmental factors such as light, temperature, heat, etc., and may depend on the threshold voltage.

본 발명은 비정질 산화물 반도체 TFT의 밴드갭 내 상태밀도를 추출하는데 있어서, 광 조사 유무에 따라 계산된 각각의 이상계수의 차이에 대한 미분을 이용하여 광, 온도, 열 등에 의한 요소의 영향을 제거하고 문턱전압에 독립적이면서 자유 전자에 의해 형성되는 커패시턴스에 대한 영향을 디임베딩시킨 밴드갭 내 상태밀도를 정확하게 추출하고자 하는 것이다.
In the present invention, in extracting the state density in the band gap of an amorphous oxide semiconductor TFT, the effect of the factors caused by light, temperature, heat, etc. is eliminated by using the derivative of the difference of the respective abnormal coefficients calculated according to the irradiation of light. It is to accurately extract the state density in the bandgap which is independent of the threshold voltage and de-embedded the influence on the capacitance formed by the free electrons.

도 1은 비정질 산화물 반도체 TFT에 대한 일 실시예의 사시도를 나타낸 것이고, 도 2는 도 1에 대한 커패시턴스의 등가 모델을 함께 나타낸 것으로, 이하 본 발명에서는 비정질 산화물 반도체 TFT로 amorphous InGaZnO (a-IGZO) TFT의 사례를 예시하여 기술한다.1 illustrates a perspective view of an embodiment of an amorphous oxide semiconductor TFT, and FIG. 2 illustrates an equivalent model of capacitance with respect to FIG. 1. In the present invention, an amorphous InGaZnO (a-IGZO) TFT is used as an amorphous oxide semiconductor TFT. An example of this is described.

도 1과 도 2를 참조하면, 비정질 산화물 반도체 TFT는 구동 전원을 인가하기 위한 전극들(게이트 전극, 소스 전극, 드레인 전극)(120, 150, 160), 게이트 절연층(130), 비정질 산화물 반도체층(active layer)(140), 및 채널 보호층(ES)(170)을 포함한다.1 and 2, the amorphous oxide semiconductor TFT includes electrodes (gate electrode, source electrode, and drain electrode) 120, 150 and 160 for applying driving power, a gate insulating layer 130, an amorphous oxide semiconductor An active layer 140, and a channel protective layer (ES)

게이트 전극(120)은 기판(110) 상의 일부에 형성되고, 드레인 전극(150) 및 소스 전극(160)과 일부 영역이 오버랩되어 형성될 수 있다.The gate electrode 120 may be formed on a part of the substrate 110 and may overlap with the drain electrode 150 and the source electrode 160.

게이트 절연층(130)은 게이트 전극(120)을 보호하고 게이트 전극(120)과 드레인 전극(150), 소스 전극(160)을 전기적으로 분리하기 위한 층으로, 미리 결정된 유전율(εOX)을 갖는 물질을 이용하여 미리 결정된 두께(TOX)만큼 형성된다.The gate insulating layer 130 is a layer for protecting the gate electrode 120 and electrically separating the gate electrode 120, the drain electrode 150, and the source electrode 160. The gate insulating layer 130 has a predetermined dielectric constant ε OX . The material is formed by a predetermined thickness T OX .

이 때, 게이트 절연층(130)에 의해 커패시턴스(COX)가 형성될 수 있으며, 형성되는 커패시턴스(COX)는 게이트 절연층(130)의 물리적인 구조를 이용하여 획득될 수 있다. 즉, 게이트 절연층(130)에 의해 형성되는 커패시턴스(COX)는 게이트 절연층(130)에 사용되는 물질의 유전율과 두께를 이용하여 획득될 수 있다. 예컨대 커패시턴스(COX)는 해당 물질의 유전율(εOX)과 두께(TOX)의 비율(εOX / TOX)에 의해 획득될 수 있다.At this time, by a gate insulating layer 130 may be formed of a capacitance (C OX), the capacitance formed (C OX) may be obtained by using the physical structure of the gate insulating layer 130. That is, the capacitance C OX formed by the gate insulating layer 130 may be obtained using the dielectric constant and thickness of the material used for the gate insulating layer 130. For example the ratio of the capacitance (C OX) is the dielectric constant of the material (ε OX) and thickness (T OX) OX / T OX ).

물론, 게이트 절연층(130)은 도 1에 도시된 바와 같이, 두 개의 서로 다른 절연층 예를 들어, SiO2와 SiNx의 적층된 구조로서, 제1 절연층(131)과 제2 절연층(132)이 적층된 구조를 가질 수도 있으며, 이 경우에는 게이트 절연층에 의해 형성되는 커패시턴스는 제1 절연층에 사용되는 물질의 유전율(εOX1)과 두께(TOX1), 제2 절연층에 사용되는 물질의 유전율(εOX2)과 두께(TOX2)를 이용하여 획득할 수 있다. 즉, 제1 절연층에 사용되는 물질이 SiO2인 경우 SiO2의 유전율 (εSiO2)과 두께 (TSiO2), 제2 절연층에 사용되는 물질이 SiNx인 경우, SiNx의 유전율 (εSiNx)과 두께 (TSiNx)를 이용하여 획득할 수 있다.Of course, the gate insulating layer 130 is a stacked structure of two different insulating layers, for example, SiO 2 and SiN x, as shown in FIG. 1, and the first insulating layer 131 and the second insulating layer 132 are formed. ) May have a stacked structure, in which case the capacitance formed by the gate insulating layer is used for the dielectric constant (ε OX1 ), the thickness (T OX1 ), and the second insulating layer of the material used for the first insulating layer. It can be obtained using the dielectric constant (ε OX2 ) and the thickness (T OX2 ) of the material. That is, when the material used for the first insulating layer is SiO2, the dielectric constant (ε SiO2 ) and thickness of SiO2 (T SiO2 ), and when the material used for the second insulating layer is SiNx, the dielectric constant (ε SiNx ) and thickness of SiNx Can be obtained using (T SiNx ).

비정질 산화물 반도체층(AOS; amorphous oxide semiconductor)(140)은 게이트 절연층(130) 상에 미리 결정된 유전율(εIGZO)을 갖는 물질을 이용하여 미리 결정된 두께(TIGZO)만큼 형성된다.An amorphous oxide semiconductor (AOS) 140 is formed on the gate insulating layer 130 by a predetermined thickness T IGZO using a material having a predetermined dielectric constant ε IGZO .

이 때, 비정질 산화물 반도체층(140)에 대한 일 예로, a-IGZO일 수 있다.In this case, as an example of the amorphous oxide semiconductor layer 140 may be a-IGZO.

비정질 산화물 반도체층(140)의 채널 영역에 형성되는 커패시턴스는 전도대(conduction band) 상에 존재하는 자유 전자(free carrier)에 의해 형성되는 자유 전자 커패시턴스(CFREE)와 밴드갭 내 상태밀도에 존재하는 국소 전자(localized electron)에 의해 형성되는 국소 전자 커패시턴스(CLOC)를 포함한다.The capacitance formed in the channel region of the amorphous oxide semiconductor layer 140 is present in the free electron capacitance C FREE formed by the free carriers present in the conduction band and the state density in the band gap. Localized electron capacitance (C LOC ) formed by localized electrons.

추가적으로, 채널 영역에는 광 조사에 의한 광 반응에 의하여 밴드갭 내 상태밀도에서 형성되는 광 반응 커패시턴스(CLOC , ph)를 더 포함할 수 있다.In addition, the channel region may further include a photoreaction capacitance (C LOC , ph ) formed at a density of states in a bandgap by photoreaction by light irradiation.

이 때, 광 반응 커패시턴스(CLOC,ph)는 광의 조사에 따른 광 반응 에너지에 의해 밴드갭 내의 트랩으로부터 여기된 전하에 의해 형성되는 커패시턴스를 의미한다.In this case, the photoreaction capacitance C LOC, ph refers to a capacitance formed by the charge excited from the trap in the bandgap by the photoreaction energy according to the irradiation of light.

드레인 전극(150)과 소스 전극(160)은 비정질 산화물 반도체층(140) 상에 형성되며, 드레인 전극(150)과 소스 전극(160)은 일정 간격(L)만큼 이격되도록 형성된다.The drain electrode 150 and the source electrode 160 are formed on the amorphous oxide semiconductor layer 140, and the drain electrode 150 and the source electrode 160 are formed to be spaced apart by a predetermined distance (L).

채널 보호층(170)은 드레인 전극(150)과 소스 전극(160) 사이에 노출된 채널 또는 액티브 영역을 보호하기 위해 드레인 전극(150)과 소스 전극(160) 사이에 노출된 채널 또는 액티브 영역을 적어도 포함하도록 형성된다.The channel protective layer 170 may have a channel or an active region exposed between the drain electrode 150 and the source electrode 160 to protect a channel or an active region exposed between the drain electrode 150 and the source electrode 160 At least.

이 때, 채널 보호층(170)은 도 1에서 ESL(etch stopper layer)일 수 있으며, 채널 보호층(170)은 비정질 산화물 반도체층(140)과 드레인 전극(150), 소스 전극(160) 사이에 형성되는 것으로 표시되어 있지만 이에 한정하지 않으며, 노출된 비정질 산화물 반도체층(140), 드레인 전극(150)과 소스 전극(160)의 상부 일부에 형성될 수도 있다.1, the channel protection layer 170 may be formed between the amorphous oxide semiconductor layer 140 and the drain electrode 150 and between the source electrode 160 and the amorphous oxide semiconductor layer 140. In this case, the channel protection layer 170 may be an etch stopper layer (ESL) But it is not limited thereto and may be formed on a part of the upper portion of the exposed amorphous oxide semiconductor layer 140, the drain electrode 150 and the source electrode 160.

그리고, 게이트 전극(120), 소스 전극(150), 드레인 전극(160) 및 비정질 산화물 반도체층(140)은 일정 폭(W)을 가지도록 형성되는데, 상황에 따라 각 구성 요소의 폭은 상이하게 형성될 수도 있다. 예컨대, 게이트 전극(120), 소스 전극(150), 드레인 전극(160)은 동일한 폭을 가지도록 형성될 수 있고, 비정질 산화물 반도체층(140)은 다른 폭을 가지도록 형성될 수 있다.In addition, the gate electrode 120, the source electrode 150, the drain electrode 160, and the amorphous oxide semiconductor layer 140 may be formed to have a predetermined width W. The width of each component may vary depending on circumstances. It may be formed. For example, the gate electrode 120, the source electrode 150, and the drain electrode 160 may be formed to have the same width, and the amorphous oxide semiconductor layer 140 may be formed to have a different width.

또한, 도 1에는 도시하진 않았지만, 소스 전극(150), 드레인 전극(160) 및 채널 보호층(ES)(170) 상부에 패시베이션층(passivation layer)이 형성될 수도 있다.
In addition, although not shown in FIG. 1, a passivation layer may be formed on the source electrode 150, the drain electrode 160, and the channel passivation layer (ES) 170.

본 발명에서는 도 1과 도 2에 도시된 구성과 커패시턴스 모델을 가지는 비정질 산화물 반도체 TFT에 대하여, 광 조사 유무에 따라 측정된 드레인 전류 중 문턱전압 이전 영역에서의 드레인 전류를 이용하여 각각의 이상계수를 계산하고, 계산된 각각의 이상계수의 차이에 대한 미분을 통해 광 반응 커패시턴스(CLOC , ph)를 계산하며, 계산된 광 반응 커패시턴스에 기초하여 TFT의 밴드갭 내 상태밀도를 자유 전자에 의해 형성되는 커패시턴스에 대한 영향을 디임베딩시켜 추출하는 것으로, 이런 본 발명에 따른 비정질 산화물 반도체 TFT의 밴드갭 내 상태밀도를 추출하는 방법에 대해 도 3 내지 도 9를 참조하여 설명한다.
In the present invention, for each of the amorphous oxide semiconductor TFTs having the configuration and capacitance model shown in Figs. 1 and 2, each abnormal coefficient is calculated by using the drain current in the region before the threshold voltage among the drain currents measured according to the presence or absence of light irradiation. Calculates the photoresponse capacitance (C LOC , ph ) through the derivative of the difference in each of the calculated ideal coefficients , and forms the state density in the bandgap of the TFT by the free electrons based on the calculated photoresponse capacitance The method of extracting the density of states in the bandgap of the amorphous oxide semiconductor TFT according to the present invention by de-embedding and extracting the influence on the capacitance to be described will be described with reference to FIGS. 3 to 9.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 산화물 반도체 TFT의 밴드갭 내 상태밀도 추출 방법에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것이다.3 is an operation flowchart of a method for extracting a state density in a bandgap of an amorphous oxide semiconductor TFT according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 방법은 비정질 산화물 반도체 TFT에 대하여 암실에서 게이트 전압에 따른 드레인 전류(이하, "암실 드레인 전류"라 칭함)를 측정하고, 미리 결정된 파장을 가지는 광원의 광을 조사하여 게이트 전압에 따른 드레인 전류(이하, "광 반응 드레인 전류"라 칭함)를 측정한다(S310, S320).Referring to FIG. 3, the method according to the present invention measures a drain current according to a gate voltage in the dark room (hereinafter referred to as “dark room drain current”) for an amorphous oxide semiconductor TFT, and measures light of a light source having a predetermined wavelength. Irradiation measures a drain current according to the gate voltage (hereinafter referred to as "photoreaction drain current") (S310 and S320).

예컨대, 도 5에 도시된 일 예와 같이, 게이트 전압에 따른 암실 드레인 전류와 광 반응 드레인 전류를 측정한다. 도 5에서 알 수 있듯이, 광 조사 유무에 따라 측정되는 비정질 산화물 반도체 TFT의 드레인 전류 값은 상이하고, 광을 조사하여 측정된 광 반응 드레인 전류가 동일 게이트 전압에서 암실 드레인 전류보다 높은 값을 갖는 것을 알 수 있다.For example, as shown in FIG. 5, the dark room drain current and the photoreaction drain current according to the gate voltage are measured. As can be seen in FIG. 5, the drain current values of the amorphous oxide semiconductor TFTs measured according to the presence or absence of light irradiation are different, and the photoreaction drain currents measured by irradiation with light have a higher value than the dark room drain current at the same gate voltage. Able to know.

여기서, 게이트 전압에 따른 드레인 전류는 측정 수단 예를 들어, Agilent 4156C semiconductor parameter analyzer를 이용하여 측정할 수 있고 이 뿐만 아니라 드레인 전류를 측정할 수 있는 모든 측정 수단을 이용하여 측정할 수 있다.Here, the drain current according to the gate voltage can be measured using a measuring means, for example, an Agilent 4156C semiconductor parameter analyzer, and can be measured using all measuring means capable of measuring the drain current.

단계 S310과 S320에서 암실 드레인 전류와 광 반응 드레인 전류가 측정되면 측정된 암실 드레인 전류를 이용하여 암실 이상계수(ideality factor)를 계산하고, 광 반응 드레인 전류를 이용하여 광 반응 이상계수를 계산한다(S330, S340).When the darkroom drain current and the photoreaction drain current are measured in steps S310 and S320, the darkroom ideal factor is calculated using the measured darkroom drain current, and the photoreaction abnormality factor is calculated using the photoreaction drain current. S330, S340).

이 때, 이상계수는 측정된 드레인 전류 중 문턱전압 이전의 드레인 전류를 이용하여 계산될 수 있으며, 구체적으로는 턴온 전압과 문턱전압 사이의 드레인 전류를 이용하여 계산될 수 있다. 이런 이상계수(

Figure 112013031814768-pat00001
)는 게이트 전압에 따른 채널 전위(channel potential; VCH)를 제어(VCH=VGS/
Figure 112013031814768-pat00002
)하기 위한 제어가능 인자로 사용될 수 있다.In this case, the abnormality coefficient may be calculated using the drain current before the threshold voltage among the measured drain currents, and specifically, may be calculated using the drain current between the turn-on voltage and the threshold voltage. This ideal coefficient (
Figure 112013031814768-pat00001
) Controls the channel potential (V CH ) according to the gate voltage (V CH = V GS /
Figure 112013031814768-pat00002
Can be used as a controllable factor.

예컨대, 도 5에 도시된 일 예와 같이, 이상계수는 0[V]의 턴온 전압(VON)과 5.24[V]의 문턱전압(VT) 사이의 게이트 전압에 따라 측정된 드레인 전류를 이용하여 계산된다.For example, as in the example shown in FIG. 5, the abnormality coefficient uses a drain current measured according to a gate voltage between a turn-on voltage V ON of 0 [V] and a threshold voltage V T of 5.24 [V]. Is calculated.

여기서, 턴온 전압(VON)과 문턱전압(VT) 사이의 암실 드레인 전류(ID , dark)와 광 반응 드레인 전류(ID , ph)는 아래 <수학식 1>, <수학식 2>와 같이 모델링될 수 있다.
Here, the dark room drain current (I D , dark ) and the photoreaction drain current (I D , ph ) between the turn-on voltage (V ON ) and the threshold voltage (V T ) are shown in Equations 1 and 2 below. Can be modeled as:

[수학식 1] [Equation 1]

Figure 112013031814768-pat00003

Figure 112013031814768-pat00003

[수학식 2] &Quot; (2) &quot;

Figure 112013031814768-pat00004

Figure 112013031814768-pat00004

여기서, Vth는 열전압(thermal voltage)을 의미하고 TFT의 동작온도, 볼츠만 상수, 전자의 전하량을 이용하여 계산되는 상수값이며,

Figure 112013031814768-pat00005
dark
Figure 112013031814768-pat00006
ph는 암실 이상계수와 광 반응 이상계수를 의미하고, VDS는 드레인 전극과 소스 전극 사이에 인가되는 전압을 의미하며, ID0는 게이트 전압이 문턱전압인 경우일 때의 드레인 전류를 의미한다. 게이트 전압이 문턱전압인 경우의 드레인 전류(ID0)는 아래 <수학식 3>과 같이 나타낼 수 있다.
Here, V th means a thermal voltage and is a constant value calculated using the operating temperature of the TFT, the Boltzmann constant, and the amount of electron charge.
Figure 112013031814768-pat00005
dark with
Figure 112013031814768-pat00006
ph denotes a dark room abnormality coefficient and a photoreaction abnormal coefficient, V DS denotes a voltage applied between the drain electrode and the source electrode, and I D0 denotes a drain current when the gate voltage is a threshold voltage. The drain current I D0 when the gate voltage is the threshold voltage can be expressed by Equation 3 below.

[수학식 3] &Quot; (3) &quot;

Figure 112013031814768-pat00007

Figure 112013031814768-pat00007

여기서, μeff는 유효 캐리어 이동도(effective carrier mobility)를 의미하고, COX는 게이트 절연층에 의해 형성되는 커패시턴스로, 앞서 기술한 바와 같이 게이트 절연층에 사용된 물질의 유전율과 그 형성 두께에 기초하여 계산될 수 있으며, W는 소스 전극과 드레인 전극의 폭을 의미하고, L의 게이트 전극과 소스 전극 간의 길이를 의미하고, 게이트 전압이 문턱전압인 경우에

Figure 112013031814768-pat00008
Figure 112013031814768-pat00009
dark
Figure 112013031814768-pat00010
ph 중 어느 하나의 값을 가지게 되겠지만, 실제로 게이트 전압이 문턱전압인 경우에는 photovoltaic effect 에 의한 문턱 전압 shift 현상이 없기 때문에
Figure 112013031814768-pat00011
=
Figure 112013031814768-pat00012
dark =
Figure 112013031814768-pat00013
ph 의 관계를 가지게 된다. Where μ eff is the effective carrier mobility, and C OX is the capacitance formed by the gate insulating layer, as described above, depending on the dielectric constant of the material used for the gate insulating layer and its formation thickness. Where W is the width of the source electrode and the drain electrode, and means the length between the gate electrode and the source electrode of L, when the gate voltage is the threshold voltage
Figure 112013031814768-pat00008
The
Figure 112013031814768-pat00009
dark with
Figure 112013031814768-pat00010
It will have any value of ph , but when the gate voltage is actually the threshold voltage, there is no threshold voltage shift caused by the photovoltaic effect.
Figure 112013031814768-pat00011
=
Figure 112013031814768-pat00012
dark =
Figure 112013031814768-pat00013
It has a relation of ph .

수학식 1과 수학식 2에 기재된 암실 이상계수(

Figure 112013031814768-pat00014
dark)와 광 반응 이상계수(
Figure 112013031814768-pat00015
ph)는 아래 <수학식 4>, <수학식 5>와 같이 나타낼 수 있다.
Dark room abnormality coefficients described in Equations 1 and 2
Figure 112013031814768-pat00014
dark ) and photoreaction anomaly (
Figure 112013031814768-pat00015
ph ) can be expressed as Equation 4 and Equation 5 below.

[수학식 4]&Quot; (4) &quot;

Figure 112013031814768-pat00016

Figure 112013031814768-pat00016

[수학식 5]&Quot; (5) &quot;

Figure 112013031814768-pat00017

Figure 112013031814768-pat00017

수학식 4와 수학식 5에 나타낸 두 이상계수 즉, 광 반응 이상계수와 암실 이상계수를 이용하여 광원의 광 조사에 의해 밴드갭 내 상태밀도에 의해 형성되는 광 반응 커패시턴스를 계산할 수 있으며, 계산되는 광 반응 커패시턴스는 아래 <수학식 6>, <수학식 7>과 같이 나타낼 수 있다.
Using the two ideal coefficients shown in equations (4) and (5), that is, the photoreaction capacitance formed by the state density in the bandgap by light irradiation of the light source, The photoreaction capacitance can be expressed by Equation 6 and Equation 7 below.

[수학식 6]&Quot; (6) &quot;

Figure 112013031814768-pat00018

Figure 112013031814768-pat00018

[수학식 7]&Quot; (7) &quot;

Figure 112013031814768-pat00019

Figure 112013031814768-pat00019

즉, 광 반응 커패시턴스(CLOC,ph)는 광 반응 이상계수와 암실 이상계수의 차이를 이용하여 계산할 수 있다. 더 나아가, 광 반응 커패시턴스는 광 반응 이상계수와 암실 이상계수의 차이에 대한 미분을 통해 계산될 수도 있으며, 이에 대해서는 아래에서 설명한다.That is, the photoreaction capacitance C LOC, ph may be calculated using the difference between the photoreaction abnormality coefficient and the dark room abnormality coefficient. Furthermore, the photoreaction capacitance may be calculated from the derivative of the difference between the photoreaction anomaly and the dark room anomaly, as described below.

상기 수학식 4 내지 수학식 7을 통해 알 수 있듯이, 본 발명은 게이트 전압이 문턱전압보다 작은 드레인 전류 영역에서 계산된 두 이상계수를 통해 자유 전자에 형성되는 커패시턴스에 의한 영향을 디임베딩(de-embedding) 시킴으로써, 진성 밴드갭 내 상태밀도를 추출하기 위한 광 반응 커패시턴스(CLOC , ph)를 획득하고자 하는 것이다.As can be seen from the above Equation 4 to Equation 7, the present invention is de-embedded (de-) by the effect of the capacitance formed in the free electrons through the two ideal coefficients calculated in the drain current region where the gate voltage is less than the threshold voltage By embedding, it is intended to obtain a photoreaction capacitance (C LOC , ph ) to extract the density of states in the intrinsic bandgap.

하지만, 각각의 이상계수는 문턱전압에 의존적이기 때문에 추출되는 밴드갭 내 상태밀도 또한 문턱전압에 의존적이게 되고, 이는 밴드갭 내 상태밀도를 추출하는데 있어서 중요한 오차를 발생시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 문턱전압에 의한 영향을 제거하여 문턱전압에 독립적인 밴드갭 내 상태밀도를 추출하기 위하여, 암실 이상계수와 광 반응 이상계수를 미분하는 방식을 적용한다. 본 발명에서 추출되는 밴드갭 내 상태밀도는 자유 전자에 의해 형성되는 커패시턴스에 대한 영향을 디임베딩시킨 진성 밴드갭 내 상태밀도이다.However, since each abnormal coefficient is dependent on the threshold voltage, the state density in the band gap extracted is also dependent on the threshold voltage, which may cause an important error in extracting the state density in the band gap. Therefore, in the present invention, in order to extract the state density in the band gap independent of the threshold voltage by removing the influence of the threshold voltage, a method of differentiating the dark room abnormality coefficient and the photoreaction abnormal coefficient is applied. The state density in the bandgap extracted in the present invention is the state density in the intrinsic bandgap by de-embedding the influence on the capacitance formed by the free electrons.

미분 방식을 적용한 암실 이상계수와 광 반응 이상계수는 아래 <수학식 8>, <수학식 9>와 같이 나타낼 수 있다.
The dark room coefficient and photoreaction abnormal coefficient using the differential method can be expressed as Equation 8 and Equation 9 below.

[수학식 8] &Quot; (8) &quot;

Figure 112013031814768-pat00020

Figure 112013031814768-pat00020

[수학식 9] &Quot; (9) &quot;

Figure 112013031814768-pat00021

Figure 112013031814768-pat00021

여기서, ΔVGS는 전압 스텝(voltage step)을 의미하는 것으로, 일정한 밴드갭 내 상태밀도를 보장할 정도로 충분히 작은 값일 수 있다.Here, ΔV GS refers to a voltage step, and may be a value small enough to guarantee a state density within a constant band gap.

수학식 8과 수학식 9에서 알 수 있듯이, 본 발명에서의 암실 이상계수와 광 반응 이상계수는 미분 접근(differential approach) 방식에 의하여 문턱전압에 독립적인 것을 알 수 있으며, 도 7에 도시된 바와 같이, 실험적으로 측정된 암실 이상계수(

Figure 112013031814768-pat00022
_Dark)와 광 반응 이상계수(
Figure 112013031814768-pat00023
_Photo_RED)를 피팅(fitting)함으로써, 수학식 8, 수학식 9와 같은 이상계수를 획득할 수 있다.As can be seen from Equations 8 and 9, the dark room and the photoreaction abnormal coefficients of the present invention are independent of the threshold voltage by a differential approach, as shown in FIG. 7. Likewise, experimentally measured darkroom anomaly (
Figure 112013031814768-pat00022
_Dark) and photoreaction abnormal coefficient (
Figure 112013031814768-pat00023
By fitting _Photo_RED), an ideal coefficient such as Equation 8 and Equation 9 can be obtained.

이렇게 암실 이상계수와 광 반응 이상계수가 계산되면 계산된 광 반응 이상계수와 암실 이상계수의 차이에 대한 미분을 통해 아래 <수학식 10>, <수학식 11>과 같이 광 반응 커패시턴스(CLOC,ph)를 계산한다(S350).
When the dark room coefficient and the photoreaction abnormal coefficient are calculated, the derivative of the difference between the calculated photoreaction abnormal coefficient and the dark room abnormal coefficient is calculated based on the photoresist capacitance (C LOC, ph ) is calculated (S350).

[수학식 10]&Quot; (10) &quot;

Figure 112013031814768-pat00024

Figure 112013031814768-pat00024

[수학식 11] &Quot; (11) &quot;

Figure 112013031814768-pat00025

Figure 112013031814768-pat00025

여기서,

Figure 112013031814768-pat00026
는 에너지 레벨에 대한 표면 전위(surface potential)를 의미하고, VFB는 플랫 밴드 전압(flat band voltage)을 의미한다.here,
Figure 112013031814768-pat00026
Denotes surface potential for energy level, and V FB denotes flat band voltage.

미분된 암실 이상계수와 광 반응 이상계수는 도 7에 도시된 피팅된 각각의 이상계수(

Figure 112013031814768-pat00027
_Dark_fit,
Figure 112013031814768-pat00028
_Photo_RED_fit)를 미분함으로써, 획득될 수 있다. 즉, 본 발명의 광 반응 커패시턴스는 광 조사 유무에 따른 드레인 전류를 측정하고, 측정된 드레인 전류 중 문턱전압 이전의 드레인 전류를 이용하여 암실 이상계수와 광 반응 이상계수를 각각 계산하며, 계산된 광 반응 이상계수와 암실 이상계수의 차이를 미분함으로써 획득되기 때문에 실험적으로 측정된 데이터만으로 획득될 수 있다.The differentiated darkroom and photoresponse coefficients are calculated from each of the fitted
Figure 112013031814768-pat00027
_Dark_fit,
Figure 112013031814768-pat00028
Can be obtained by differentiating _Photo_RED_fit). That is, the photoreaction capacitance of the present invention measures the drain current according to the presence or absence of light irradiation, calculates the dark room abnormality coefficient and the photoreaction abnormality coefficient by using the drain current before the threshold voltage of the measured drain current, respectively, Since it is obtained by differentiating the difference between the reaction abnormality coefficient and the darkroom abnormality coefficient, it can be obtained only by experimentally measured data.

본 발명에서 계산된 광 반응 커패시턴스는 앞서 기술한 수학식 4와 수학식 5를 통해 알 수 있듯이, 자유 전자에 의해 형성되는 커패시턴스에 대한 영향까지 고려하여 이상계수를 계산하고, 계산된 두 이상계수의 차이에 기초하여 획득되기 때문에 자유 전자에 의한 커패시턴스가 디임베딩(de-embedding)된 상태가 된다. 즉, 본 발명은 광 반응 커패시턴스를 이용하여 자유 전자에 의한 커패시턴스가 디임베딩된 밴드갭 내 상태밀도를 추출할 수 있다.As can be seen from Equations 4 and 5 described above, the photoresponse capacitance calculated in the present invention calculates an ideal coefficient in consideration of the influence on the capacitance formed by free electrons, and calculates the Since it is obtained based on the difference, the capacitance by the free electrons is in a de-embedded state. That is, the present invention can extract the state density in the band gap where the capacitance caused by free electrons is de-embedded using the photoreaction capacitance.

단계 S350에 의해 계산된 광 반응 커패시턴스에 기초하여 비정질 산화물 반도체 TFT의 밴드갭 내 상태밀도 즉, 진성 밴드갭 내 상태밀도를 추출한다(S360).Based on the photoreaction capacitance calculated in step S350, the state density in the bandgap of the amorphous oxide semiconductor TFT, that is, the state density in the intrinsic bandgap, is extracted (S360).

여기서, 광 반응 커패시턴스에 기초하여 추출되는 밴드갭 내 상태밀도는 아래 <수학식 12>와 같이 나타낼 수 있다.
Here, the state density in the band gap extracted based on the photoreaction capacitance may be expressed by Equation 12 below.

[수학식 12]&Quot; (12) &quot;

Figure 112013031814768-pat00029

Figure 112013031814768-pat00029

수학식 11과 수학식 12에서 알 수 있듯이, 본 발명에서 추출하고자 하는 밴드갭 내 상태밀도는 광 미분 이상계수 뿐만 아니라 비정질 산화물 반도체층의 두께(TIGZO), 게이트 절연층의 두께(TOX)와 유전율(εOX) 같은 물리적인 구조 파라미터에 기초하여 추출되는 것을 알 수 있다.As can be seen from Equations 11 and 12, the density of states in the band gap to be extracted in the present invention is not only the optical differential ideal coefficient, but also the thickness of the amorphous oxide semiconductor layer (T IGZO ) and the thickness of the gate insulating layer (T OX ). It can be seen that the extraction is based on physical structural parameters such as and permittivity (ε OX ).

본 발명에서 추출되는 밴드갭 내 상태밀도(ODIFT_RED)는 도 8에 도시된 바와 같이, 기존의 미분 이상계수 방식(DIFT)에서 밴드갭 내 상태밀도를 추출할 때 포함된 자유 전자에 의한 커패시턴스(CFREE)에 해당하는 성분 즉, 빗금친 부분(ΔCFREE)을 디임베딩시킴으로써, 비정질 산화물 반도체 TFT의 진성 밴드갭 내 상태밀도를 추출할 수 있다.As shown in FIG. 8, the band gap state density (ODIFT_RED) extracted in the present invention has a capacitance (C) by free electrons included when extracting the band gap state density in a conventional differential ideal coefficient method (DIFT). The state density in the intrinsic bandgap of the amorphous oxide semiconductor TFT can be extracted by de-embedding the component corresponding to FREE ), that is, the hatched portion ΔC FREE .

또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 광 미분 이상계수를 통해 추출된 본 발명에 따른 밴드갭 내 상태밀도는 기존의 커패시턴스-전압(C-V) 특성을 이용한 추출 방식(MFM)에 비해 정확한 밴드갭 내 상태밀도를 추출할 수 있고, 나아가 기존의 이상 계수 미분 방식(DIFT)에 포함된 자유 전자에 의해 형성되는 커패시턴스를 디임베딩시키기 때문에 진성 밴드갭 내 상태밀도 또는 진성 밴드갭 내 상태밀도에 근접한 밴드갭 내 상태밀도를 추출할 수 있다.In addition, as shown in Figure 9, the state density in the bandgap according to the present invention extracted through the optical differential ideal coefficient is within the accurate bandgap compared to the extraction method (MFM) using the conventional capacitance-voltage (CV) characteristics The state density in the intrinsic bandgap or in the intrinsic bandgap is close to the state density in the intrinsic bandgap because the density of the state can be extracted and the capacitance formed by the free electrons included in the conventional ideal coefficient differential method (DIFT) is de-embedded. The density of states can be extracted.

그리고, 밴드갭 내 상태밀도는 에너지 레벨에 대한 상태밀도이기 때문에 게이트 전압을 표면 전위(에너지 레벨)로 변환하여야 하며, 이에 대한 과정에 대해 도 4를 참조하여 설명한다.
In addition, since the state density in the band gap is the state density with respect to the energy level, the gate voltage should be converted into the surface potential (energy level), which will be described with reference to FIG. 4.

도 4는 도 3에 도시된 단계 S360에 대한 일 실시예의 동작 흐름도를 나타낸 것이다.4 shows an operation flowchart of an embodiment for step S360 shown in FIG.

도 4를 참조하면, 밴드갭 내 상태밀도를 추출하는 단계(S360)는 게이트 전압에 따른 커패시턴스를 측정한다(S410).Referring to FIG. 4, in the extracting the state density in the band gap (S360), the capacitance according to the gate voltage is measured (S410).

여기서, 커패시턴스는 측정 수단 예를 들어, Agilent 4156C semiconductor parameter analyzer나 HP4284 LCR meter를 이용하여 측정할 수 있으며, 이 뿐만 아니라 이에 상응하는 다양한 측정 수단이 활용될 수 있음은 물론이다.Here, the capacitance can be measured using a measurement means, for example, an Agilent 4156C semiconductor parameter analyzer or an HP4284 LCR meter, and various corresponding measurement means can be utilized.

단계 S410에서 측정된 커패시턴스를 이용하여 게이트 전압에 대한 표면 전위를 매핑(mapping)한다(S420). 즉, 밴드갭 내 상태밀도에 대한, 게이트 전압과 에너지 레벨에 대한 표면 전위의 관계를 획득한다.The surface potential is mapped to the gate voltage using the capacitance measured in step S410 (S420). That is, the relationship between the surface potential with respect to the gate voltage and the energy level is obtained with respect to the state density in the band gap.

예컨대, 도 6에 도시된 일 예와 같이, 측정된 게이트 커패시턴스(CG) 중 턴온 전압(VON)과 문턱전압(VT) 사이의 게이트 커패시턴스를 이용하여 게이트 전압을 표면 전위(surface potential;

Figure 112013031814768-pat00030
)로 변환하는데, 게이트 전압에 따른 표면 전위는 아래 <수학식 13>에 의해 계산될 수 있다.
For example, as shown in the example illustrated in FIG. 6, the gate voltage is converted into a surface potential using a gate capacitance between the turn-on voltage V ON and the threshold voltage V T among the measured gate capacitances C G.
Figure 112013031814768-pat00030
), The surface potential according to the gate voltage can be calculated by Equation 13 below.

[수학식 13]&Quot; (13) &quot;

Figure 112013031814768-pat00031

Figure 112013031814768-pat00031

여기서, CG(VGS)는 게이트 전압에 따라 측정된 게이트 커패시턴스로서, 암실에서 측정된 게이트 커패시턴스(C-VDark)를 의미한다.Here, C G (V GS ) is a gate capacitance measured according to the gate voltage, and means a gate capacitance CV dark measured in a dark room.

단계 S420에 의해 매핑된 게이트 전압에 대한 에너지 레벨용 표면 전위와 단계 S350에 의해 계산된 광 반응 커패시턴스를 이용하여 상기 수학식 12와 같은 에너지 레벨에 따른 밴드갭 내 상태밀도를 추출한다(S430).A state density in a band gap according to an energy level as shown in Equation 12 is extracted by using the surface potential for the energy level with respect to the gate voltage mapped in step S420 and the photoreaction capacitance calculated in step S350 (S430).

도 3과 도 4의 과정을 통해 추출된 밴드갭 내 상태밀도 즉, 밴드갭 에너지(EV < E < EC)에 대해 추출된 밴드갭 내 상태밀도 gA(E)는 아래 <수학식 14>와 같이 지수 형태(exponential form)로 딥 상태(deep states)와 테일 상태(tail states)가 중첩(superposition)되게 모델링될 수 있다. 일 예로, 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 광 미분 이상계수를 이용하여 추출된 밴드갭 내 상태밀도(ODIFT)는 아래 <수학식 14>에 의해 모델링된 밴드갭 내 상태밀도(Model)로 표현될 수 있다.
The state density in bandgap g A (E) extracted for the bandgap state density extracted through the process of FIGS. 3 and 4, that is, the bandgap energy (E V <E <E C ), is given by Equation 14 Deep exponential and tail states can be modeled as superposition in exponential form, such as>. For example, as shown in FIG. 9, in the present invention, the band density state density (ODIFT) extracted by using the optical differential ideal coefficient is a band density state model (Model) modeled by Equation 14 below. It can be expressed as.

[수학식 14]&Quot; (14) &quot;

Figure 112013031814768-pat00032

Figure 112013031814768-pat00032

여기서, NDA는 딥 상태(deep state)에 위치한 상태밀도를 의미하고, k는 기 설정된 값으로 볼츠만(Boltzmann) 상수를 의미하고, NTA는 테일 상태(tail state)에 위치한 상태밀도를 의미하고, kTDA는 딥 상태(deep state)의 특성에너지를 의미하고, kTTA는 테일 상태(tail state)의 특성에너지를 의미한다.
Here, N DA denotes a state density located in a deep state, k denotes a Boltzmann constant as a preset value, and N TA denotes a state density located in a tail state. , kT DA refers to the characteristic energy of the deep state (kT TA) , kT TA refers to the characteristic energy of the tail state (tail state).

이와 같이, 본 발명에 따른 방법은 광의 조사 유무에 따라 측정된 드레인 전류 중 문턱전압 이전 영역의 드레인 전류를 이용하여 암실 이상계수와 광 반응 이상계수를 계산하고, 계산된 두 이상계수의 차이에 대한 미분을 통해 광의 조사에 의한 광 반응에 의해 밴드갭 내 상태밀도에서 형성되는 광 반응 커패시턴스를 계산하며, 계산된 광 반응 커패시턴스에 기초하여 자유 전자에 의해 형성되는 커패시턴스를 디임베딩시킨 밴드갭 내 상태밀도를 추출함으로써, 비정질 산화물 반도체 TFT의 진성 밴드갭 내 상태밀도를 추출할 수 있고, 광, 온도 또는 열 등에 의한 영향을 배제할 수 있으며, 문턱전압에 독립적이면서 복잡한 수식 없이 간단하고 빠르게 밴드갭 내 상태밀도를 추출할 수 있다.As described above, the method according to the present invention calculates the dark room abnormality coefficient and the photoreaction abnormality coefficient using the drain current of the region before the threshold voltage among the drain currents measured according to the irradiation of light, and calculates the difference between the calculated two ideal coefficients. Calculate the photoreaction capacitance formed at the state density in the bandgap by photoreaction by irradiation of light through the differential, and the state density in the bandgap de-embedded the capacitance formed by the free electrons based on the calculated photoreaction capacitance. By extracting, the density of the state in the intrinsic bandgap of the amorphous oxide semiconductor TFT can be extracted, and the influence of light, temperature, or heat can be excluded, and the state in the bandgap is simple and fast without the complicated formula independent of the threshold voltage. The density can be extracted.

또한, 본 발명은 문턱전압에 독립적으로 밴드갭 내 상태밀도를 추출함으로써, 밴드갭 내 상태밀도의 불균일한 분포(non-uniform distribution)에 의하여 발생되는 문턱전압 이하의 비선형적인 기울기(nonlinear slope)를 가지는 TFT에 적용하기 이로운 장점을 가질 수 있다.
In addition, the present invention extracts the nonlinear slope below the threshold voltage caused by the non-uniform distribution of the density of states in the bandgap by extracting the state density in the bandgap independently of the threshold voltage Can have the advantage of being applicable to a TFT.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 산화물 반도체 TFT의 밴드갭 내 상태밀도 추출 장치에 대한 구성을 나타낸 것이다.FIG. 10 shows a configuration of an apparatus for extracting a state density in a bandgap of an amorphous oxide semiconductor TFT according to an embodiment of the present invention.

도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 장치(1000)는 측정부(1010), 연산부(1020), 매핑부(1030) 및 추출부(1040)를 포함한다.Referring to FIG. 10, the apparatus 1000 according to the present invention includes a measuring unit 1010, a calculating unit 1020, a mapping unit 1030, and an extracting unit 1040.

측정부(1010)는 비정질 산화물 반도체 TFT에 대하여 암실에서 게이트 전압에 따른 암실 드레인 전류를 측정하고, 미리 결정된 파장을 가지는 광원의 광을 조사하여 게이트 전압에 따른 광 반응 드레인 전류를 측정한다.The measurement unit 1010 measures the dark room drain current according to the gate voltage in the dark room with respect to the amorphous oxide semiconductor TFT, and irradiates light of a light source having a predetermined wavelength to measure the photoreaction drain current according to the gate voltage.

여기서, 측정부(1010)는 측정 수단 예를 들어, Agilent 4156C semiconductor parameter analyzer를 이용하여 게이트 전압에 따른 드레인 전류를 측정할 수 있고 이 뿐만 아니라 드레인 전류를 측정할 수 있는 모든 측정 수단을 이용하여 게이트 전압에 따른 드레인 전류를 측정할 수 있다.Here, the measuring unit 1010 may measure the drain current according to the gate voltage by using a measuring means, for example, an Agilent 4156C semiconductor parameter analyzer, as well as the gate using all measuring means capable of measuring the drain current. The drain current according to the voltage can be measured.

연산부(1020)는 측정된 암실 드레인 전류를 이용하여 게이트 전압에 따른 암실 이상계수를 계산하고, 측정된 광 반응 드레인 전류를 이용하여 게이트 전압에 따른 광 반응 이상계수를 계산한다.The calculation unit 1020 calculates the dark room abnormality coefficient according to the gate voltage using the measured dark room drain current, and calculates the photoreaction abnormality coefficient according to the gate voltage using the measured photoreaction drain current.

이 때, 연산부(1020)는 암실 드레인 전류 중 문턱전압 이전 영역의 드레인 전류를 이용하여 암실 이상계수를 계산할 수 있고, 광 반응 드레인 전류 중 문턱전압 이전 영역의 드레인 전류를 이용하여 광 반응 이상계수를 계산할 수 있다.In this case, the calculation unit 1020 may calculate the dark room abnormality coefficient using the drain current of the region before the threshold voltage among the dark room drain current, and calculate the photoreaction abnormal coefficient using the drain current of the region before the threshold voltage among the photoreaction drain currents. Can be calculated

나아가, 연산부(1020)는 계산된 광 반응 이상계수와 암실 이상계수의 차이에 대한 미분에 기초하여 광의 조사에 의한 광 반응에 의해 밴드갭 내 상태밀도에서 형성되는 광 반응 커패시턴스를 계산할 수 있다.Further, the calculation unit 1020 may calculate the photoreaction capacitance formed at the state density in the bandgap by the photoreaction by irradiation of light based on the derivative of the difference between the calculated photoreaction abnormality coefficient and the darkroom abnormality coefficient.

매핑부(1030)는 게이트 전압을 에너지 레벨에 대한 표면 전위로 매핑한다.The mapping unit 1030 maps the gate voltage to the surface potential with respect to the energy level.

즉, 매핑부(1030)는 게이트 전압을 에너지 레벨에 대한 표면 전위로 변환하는 기능을 수행하며, 비정질 산화물 반도체 TFT의 물리적인 구조 파라미터를 더 고려하여 게이트 전압을 에너지 레벨에 대한 표면 전위로 변환할 수 있다.That is, the mapping unit 1030 performs a function of converting the gate voltage to the surface potential for the energy level, and converts the gate voltage to the surface potential for the energy level by further considering physical structure parameters of the amorphous oxide semiconductor TFT. Can be.

추출부(1040)는 연산부(1020)에 의해 계산된 암실 이상계수와 광 반응 이상계수의 미분에 기초하여 비정질 산화물 반도체 TFT의 밴드갭 내 상태밀도를 추출한다.The extraction unit 1040 extracts the state density in the band gap of the amorphous oxide semiconductor TFT based on the derivative of the dark room abnormality coefficient and the photoreaction abnormality coefficient calculated by the calculating unit 1020.

이 때, 추출부(1040)는 광 반응 이상계수와 암실 이상계수의 차이에 대한 미분을 통해 계산된 광 반응 커패시턴스에 기초하여 밴드갭 내 상태밀도를 추출할 수 있다.At this time, the extraction unit 1040 may extract the state density in the band gap based on the photoreaction capacitance calculated through the derivative of the difference between the photoreaction abnormality coefficient and the dark room abnormality coefficient.

나아가, 추출부(1040)는 비정질 산화물 반도체 TFT의 물리적인 구조 파라미터들을 추가적으로 고려하여 밴드갭 내 상태밀도를 추출할 수 있다.Further, the extractor 1040 may extract the state density in the band gap by additionally considering the physical structural parameters of the amorphous oxide semiconductor TFT.

물론, 추출부(1040)는 매핑부(1030)에 의해 매핑된 게이트 전압에 따른 에너지 레벨에 대한 표면 전위를 이용하여 에너지 레벨에 따른 밴드갭 내 상태밀도를 추출할 수 있다.
Of course, the extractor 1040 may extract the state density in the band gap according to the energy level by using the surface potential of the energy level according to the gate voltage mapped by the mapping unit 1030.

본 발명의 추출부(1040)에서 추출되는 밴드갭 내 상태밀도는 진성 밴드갭 내 상태밀도 일 수 있다. 이는 본 발명의 연산부(1030)에서 계산되는 암실 이상계수와 광 반응 이상계수는 밴드갭 내 상태밀도에 의해 형성되는 커패시턴스와 자유 전자에 의해 형성되는 커패시턴스, 그리고 광 조사에 의해 밴드갭 내 상태밀도에서 형성되는 광 반응 커패시턴스를 포함하기 때문에 두 이상계수의 차이에 대한 미분을 통해 계산되는 광 반응 커패시턴스는 자유 전자에 의해 형성되는 커패시턴스를 디임베딩시킨 상태가 된다. 즉, 밴드갭 내 상태밀도를 추출하는데 사용되는 광 반응 커패시턴스가 자유 전자에 의해 형성되는 커패시턴스를 디임베딩시킨 상태이기 때문에 추출되는 밴드갭 내 상태밀도 또한 자유 전자에 의한 커패시턴스가 디임베딩된 진성 밴드갭 내 상태밀도에 해당한다.
The state density in the band gap extracted by the extractor 1040 of the present invention may be the state density in the intrinsic band gap. The dark room abnormality coefficient and the photoreaction abnormality coefficient calculated by the calculation unit 1030 of the present invention are the capacitance formed by the state density in the bandgap, the capacitance formed by the free electrons, and the state density in the bandgap by light irradiation. Since the photoresist capacitance is formed, the photoresponse capacitance calculated by differentiating the difference between the two ideal coefficients is in a state of de-embedding the capacitance formed by the free electrons. That is, since the photoreaction capacitance used to extract the state density in the bandgap is a state of de-embedding the capacitance formed by the free electrons, the intrinsic bandgap in which the state density in the extracted bandgap is also de-embedded in the capacitance by the free electrons. It corresponds to my state density.

본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 밴드갭 내 상태밀도 추출 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
The state density extraction method in the bandgap of the amorphous oxide semiconductor thin film transistor according to the exemplary embodiment of the present invention may be implemented in the form of program instructions that may be executed by various computer means and may be recorded in a computer readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be those specially designed and constructed for the present invention or may be available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and DVDs; magnetic media such as floppy disks; Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the present invention, and vice versa.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. As described above, the present invention has been described by specific embodiments such as specific components and the like. For those skilled in the art, various modifications and variations are possible from these descriptions.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .

Claims (6)

비정질 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 밴드갭 내 상태밀도 추출 방법에 있어서,
암실에서 상기 비정질 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 게이트 전압에 따른 드레인 전류인 암실 드레인 전류를 측정하고, 미리 결정된 광원의 광을 조사하여 상기 비정질 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 상기 게이트 전압에 따른 드레인 전류인 광 반응 드레인 전류를 측정하는 단계;
상기 측정된 상기 게이트 전압에 따른 상기 암실 드레인 전류와 이상계수(ideality factor)를 포함하는 상기 게이트 전압에 따른 상기 암실 드레인 전류의 미리 결정된 수학적 모델을 비교하여 상기 게이트 전압에 따른 이상계수인 암실 이상계수를 계산하고, 상기 측정된 상기 게이트 전압에 따른 상기 광 반응 드레인 전류와 이상계수를 포함하는 상기 게이트 전압에 따른 상기 광 반응 드레인 전류의 미리 결정된 수학적 모델을 비교하여 상기 게이트 전압에 따른 이상계수인 광 반응 이상계수를 계산하는 단계; 및
상기 계산된 상기 암실 이상계수와 상기 광 반응 이상계수의 미분에 기초하여 상기 비정질 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 밴드갭 내 상태밀도를 추출하는 단계
를 포함하는 비정질 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 밴드갭 내 상태밀도 추출 방법.
A method for extracting a state density in a bandgap of an amorphous oxide semiconductor thin film transistor,
The dark room drain current, which is a drain current according to the gate voltage of the amorphous oxide semiconductor thin film transistor, is measured in a dark room, and the photoreaction drain current which is a drain current according to the gate voltage of the amorphous oxide semiconductor thin film transistor by irradiating light of a predetermined light source. Measuring;
The darkroom abnormality coefficient which is an ideal coefficient according to the gate voltage by comparing a predetermined mathematical model of the darkroom drain current according to the gate voltage including the measured darkroom drain current according to the gate voltage and an ideality factor. Calculate a light and compare a predetermined mathematical model of the photoreaction drain current according to the gate voltage including the measured photoreaction drain current according to the gate voltage and an abnormality coefficient to be an ideal coefficient according to the gate voltage. Calculating a reaction abnormality coefficient; And
Extracting a state density in a band gap of the amorphous oxide semiconductor thin film transistor based on the calculated derivative of the dark room abnormality coefficient and the photoreaction abnormality coefficient
State density extraction method in the band gap of the amorphous oxide semiconductor thin film transistor comprising a.
제1항에 있어서,
상기 밴드갭 내 상태밀도를 추출하는 단계는
상기 광 반응 이상계수와 상기 암실 이상계수의 차이에 대한 미분에 기초하여 상기 광의 조사에 의한 광 반응에 의해 상기 밴드갭 내 상태밀도에서 형성되는 광 반응 커패시턴스를 계산하고, 상기 계산된 상기 광 반응 커패시턴스에 기초하여 상기 밴드갭 내 상태밀도를 추출하는 것을 특징으로 하는 비정질 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 밴드갭 내 상태밀도 추출 방법.
The method of claim 1,
Extracting the state density in the band gap
Calculating the photoreaction capacitance formed at the density of states in the bandgap by photoreaction by irradiation of the light based on the derivative of the difference between the photoreaction abnormality coefficient and the darkroom abnormality coefficient, and the calculated photoreaction capacitance Extracting the density of states in the band gap based on the method; extracting the density of states in the band gap of an amorphous oxide semiconductor thin film transistor.
제1항에 있어서,
상기 암실 이상계수와 상기 광 반응 이상계수는
상기 밴드갭 내 상태밀도에서 형성되는 커패시턴스와 자유 전자에 의해 형성되는 커패시턴스를 포함하는 것을 특징으로 하는 비정질 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 밴드갭 내 상태밀도 추출 방법.
The method of claim 1,
The dark room abnormality coefficient and the photoreaction abnormality coefficient
And a capacitance formed by the state density within the band gap and a capacitance formed by the free electrons.
제1항에 있어서,
상기 밴드갭 내 상태밀도를 추출하는 단계는
자유 전자에 의해 형성되는 커패시턴스를 디임베딩시킨 상기 비정질 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 진성 밴드갭 내 상태밀도를 추출하는 것을 특징으로 하는 비정질 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 밴드갭 내 상태밀도 추출 방법.
The method of claim 1,
Extracting the state density in the band gap
A method for extracting a state density in a bandgap of an amorphous oxide semiconductor thin film transistor, characterized by extracting a state density in an intrinsic bandgap of the amorphous oxide semiconductor thin film transistor de-embedded with capacitance formed by free electrons.
비정질 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 밴드갭 내 상태밀도 추출 장치에 있어서,
암실에서 상기 비정질 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 게이트 전압에 따른 드레인 전류인 암실 드레인 전류를 측정하고, 미리 결정된 광원의 광을 조사하여 상기 비정질 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 상기 게이트 전압에 따른 드레인 전류인 광 반응 드레인 전류를 측정하는 측정부;
상기 측정된 상기 게이트 전압에 따른 상기 암실 드레인 전류와 이상계수(ideality factor)를 포함하는 상기 게이트 전압에 따른 상기 암실 드레인 전류의 미리 결정된 수학적 모델을 비교하여 상기 게이트 전압에 따른 이상계수인 암실 이상계수를 계산하고, 상기 측정된 상기 게이트 전압에 따른 상기 광 반응 드레인 전류와, 이상계수를 포함하는 상기 게이트 전압에 따른 상기 광 반응 드레인 전류의 미리 결정된 수학적 모델을 비교하여 상기 게이트 전압에 따른 이상계수인 광 반응 이상계수를 계산하는 연산부; 및
상기 계산된 상기 암실 이상계수와 상기 광 반응 이상계수의 미분에 기초하여 상기 비정질 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 밴드갭 내 상태밀도를 추출하는 추출부
를 포함하는 비정질 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 밴드갭 내 상태밀도 추출 장치.
In the band gap state density extraction apparatus of an amorphous oxide semiconductor thin film transistor,
The dark room drain current, which is a drain current according to the gate voltage of the amorphous oxide semiconductor thin film transistor, is measured in a dark room, and the photoreaction drain current which is a drain current according to the gate voltage of the amorphous oxide semiconductor thin film transistor by irradiating light of a predetermined light source. Measuring unit for measuring;
The darkroom abnormality coefficient which is an ideal coefficient according to the gate voltage by comparing a predetermined mathematical model of the darkroom drain current according to the gate voltage including the measured darkroom drain current according to the gate voltage and an ideality factor. Calculate and compare the photoreaction drain current according to the measured gate voltage with a predetermined mathematical model of the photoreaction drain current according to the gate voltage including an ideal coefficient to determine an ideal coefficient according to the gate voltage. A calculation unit for calculating a photo reaction abnormal coefficient; And
An extraction unit for extracting a state density in a band gap of the amorphous oxide semiconductor thin film transistor based on the calculated derivative of the dark room abnormality coefficient and the photoreaction abnormality coefficient
State density extraction apparatus in a band gap of the amorphous oxide semiconductor thin film transistor comprising a.
제5항에 있어서,
상기 추출부는
상기 광 반응 이상계수와 상기 암실 이상계수의 차이에 대한 미분에 기초하여 상기 광의 조사에 의한 광 반응에 의해 상기 밴드갭 내 상태밀도에서 형성되는 광 반응 커패시턴스를 계산하고, 상기 계산된 상기 광 반응 커패시턴스에 기초하여 상기 밴드갭 내 상태밀도를 추출하는 것을 특징으로 하는 비정질 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 밴드갭 내 상태밀도 추출 장치.
6. The method of claim 5,
The extracting unit
Calculating the photoreaction capacitance formed at the density of states in the bandgap by photoreaction by irradiation of the light based on the derivative of the difference between the photoreaction abnormality coefficient and the darkroom abnormality coefficient, and the calculated photoreaction capacitance And extracting the state density in the band gap based on the state density extracting device in the band gap of the amorphous oxide semiconductor thin film transistor.
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