KR101407298B1 - Compound of semiconductor conductor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 박막 트랜지스터의 반도체액을 용액 공정을 통해 형성하여 제조하기 용이하고, 대기 중 성능 안정성과 우수한 반도체 물성 발현이 가능한 반도체액 조성물 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor liquid composition which is easy to manufacture by forming a semiconductor liquid of a thin film transistor through a solution process and is capable of stable performance in the atmosphere and excellent semiconductor properties, and a method for producing the same.
본 발명에 따른 반도체액 조성물은 적어도 하나 이상의 금속 아세테이트; 및 산(Acid)을 포함하는 졸 안정화제를 포함한다. A semiconductor liquid composition according to the present invention comprises at least one metal acetate; And a sol stabilizer comprising an acid.
반도체액, 금속 아세테이트, 용액 공정 Semiconductor liquid, metal acetate, solution process
Description
본 발명은 박막 트랜지스터의 반도체액을 용액 공정을 통해 형성하여 제조하기 용이하고, 대기 중 성능 안정성과 우수한 반도체 물성 발현이 가능한 반도체액 조성물 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor liquid composition which is easy to manufacture by forming a semiconductor liquid of a thin film transistor through a solution process and is capable of stable performance in the atmosphere and excellent semiconductor properties, and a method for producing the same.
최근 액정 표시 장치(LCD), 유기 발광 다이오드(OLED) 등의 박막형 디스플레이에 대한 수요와 관심이 증가되고 있다. 현재 FPD의 성능 향상과 가격 경쟁력 강화를 위한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 휘거나, 구부리더라도 물성의 저하 없이 사용 가능한 차세대 플렉시블 디스플레이 구현을 위한 연구가 진해되고 있다. 하지만 현재 사용되고 있는 미세 패턴 제작기술인 광학적 패터닝(Photolithograph) 방법의 경우 진공 증착 후에 노광-식각 공정을 거치게 되고, 이때 고가의 진공 장비가 필요하기 때문에 디스플레이 제작 원가를 상승시키는 원인이 되고 있으며, 또한 패턴 구현이 기존의 딱딱한 기판으로만 국한되어 차세대 플렉시블 디스플레이 소자에 적용하기에 한계가 있다. 광학적 패터닝법의 대안으로 Soft Lighography와 Nano Imprinting, Ink-jet Printing, Direct Laser Writing, Dip-pen Nano- lighography 등이 있으며, 이들은 고가의 진공장비가 소요되지 않기 때문에 비용 절감에 따른 제품 가격 경쟁력 창출에 효과적이다. 2. Description of the Related Art Demand and interest in thin film type displays such as liquid crystal displays (LCDs) and organic light emitting diodes (OLED) have been increasing. Currently, researches for improvement of FPD performance and price competitiveness are being actively carried out, and researches for realizing a next-generation flexible display that can be used without bending or warping property are getting more advanced. However, the photolithograph method, which is a currently used fine pattern manufacturing technique, is subjected to an exposure-etching process after vacuum deposition, and expensive vacuum equipment is required at this time, which causes a rise in display production cost. It is limited to the conventional rigid substrate and thus it is limited to be applied to the next generation flexible display device. As an alternative to the optical patterning method, there are Soft Lighography, Nano Imprinting, Ink-jet Printing, Direct Laser Writing, and Dip-pen Nano-Lighography. They do not require expensive vacuum equipments. effective.
이러한 차세대 정보 전자 및 디스플레이를 구성하는 주요 소자 중의 하나가 박막트랜지스터이다. 이는 일종의 스위치 역할을 하는 기본 단위 소자로 모든 정보/ 전자 및 디스플레이 소자/부품에 핵심이 된다. 현재 박막 트랜지스터의 반도체로써 널리 쓰이는 다결정 실리콘은 물성과 함께 수명과 성능 안정성에서 장점을 가지고 있지만 막을 형성하기 위해서서는 진공 증착과 레이저 Annealing 공정이 필요하며 이때 쓰이는 고가의 장비가 디스플레이 제작 원가를 상승시키는 원인이 되고 있기 때문에 용액 공정을 통해서 고성능의 반도체 막을 형성하기 위한 반도체성 용액소재 개발이 절실하게 요구되고 있다. One of the main components of the next-generation information electronics and displays is a thin film transistor. This is a basic unit element that acts as a kind of switch, and is central to all information / electronic and display devices / components. Polycrystalline silicon, which is widely used as a semiconductor of a thin film transistor, has advantages in terms of physical properties, lifetime and performance stability. However, in order to form a film, a vacuum deposition and a laser annealing process are necessary. It is required to develop a semiconductor solution material for forming a high-performance semiconductor film through a solution process.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 박막 트랜지스터의 반도체액을 용액 공정을 통해 형성하여 제조하기 용이하고, 대기 중 성능 안정성과 우수한 반도체 물성 발현이 가능한 반도체액 조성물 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.Accordingly, the present invention is directed to a semiconductor liquid composition which is easy to manufacture by forming a semiconductor liquid of a thin film transistor through a solution process, is stable in the atmosphere and exhibits excellent semiconductor properties, and a method for producing the same.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 반도체액 조성물은 적어도 하나 이상의 금속 아세테이트와 졸 안정화제를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a semiconductor liquid composition comprising at least one metal acetate and a sol-stabilizing agent.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 반도체액 조성물의 제조 방법은 혼합 유기 용매에 금속 아세테이트를 용해하고 교반하는 단계와; 상기 혼합 유기 용매 및 금속 아세테이트가 혼합된 용액에 아연 아세테이트(Zinc acetate dihydrate)를 용해하고 교반하여 졸-겔 용액을 제조하는 단계와; 상기 졸-겔 용액을 1차 열교반하며, 졸-겔 용액에 포함된 금속 아세테이트와 아연 아세테이트(Zinc acetate dihydrate) 용액 내 용해도를 향상시키는 산(Acid)을 첨가하는 단계와; 상기 졸-겔 용액의 부피를 검사하는 단계와; 상기 졸-겔 용액에 졸-겔 용액의 안정성을 확보하는 졸 안정화제를 첨가하는 단계와; 상기 졸 안정화제가 첨가된 상기 졸-겔 용액을 교반하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method for preparing a semiconductor liquid composition, comprising: dissolving and stirring metal acetate in a mixed organic solvent; Dissolving zinc acetate in a mixed solution of the mixed organic solvent and the metal acetate and stirring to prepare a sol-gel solution; Adding the acid which improves the solubility of the metal acetate and zinc acetate dihydrate solution in the sol-gel solution by primary heat agitation of the sol-gel solution; Checking the volume of the sol-gel solution; Adding a sol stabilizer to the sol-gel solution to ensure stability of the sol-gel solution; And stirring the sol-gel solution to which the sol stabilizer is added.
본 발명에 따른 용액 조성물 및 이를 이용한 박막 트랜지스터의 제조 방법은 ZTO 반도체액을 이용하여 박막 트랜지스터를 형성한다. 여기서, ZTO 반도체액은 대기 안정성 및 반도체 물성이 우수한 산화물 반도체이며, 우수한 이동도를 갖는다. 또한, ZTO 반도체액은 용액 공정으로 형성함으로써 저비용으로 형성하여 용이하게 제조할 수 있다. The solution composition according to the present invention and the method for fabricating the thin film transistor using the ZTO semiconductor liquid form a thin film transistor. Here, the ZTO semiconductor liquid is an oxide semiconductor excellent in atmospheric stability and semiconductor properties and has excellent mobility. In addition, the ZTO semiconductor liquid can be easily formed at low cost by being formed by a solution process.
이에 따라, 차세대 디스플레이, 전자태그(Radio Frequency Identification : RFID), 수동 부품, 전자회로기판, 센서 등 다양한 정보 전자 부품 및 디스플레이 산업분야에 저비용으로 이용가능하다.Accordingly, it can be used at a low cost in a variety of information electronic parts and display industries such as a next generation display, RFID (Radio Frequency Identification), passive components, electronic circuit boards and sensors.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 도 1 내지 도 9를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 9. FIG.
박막 트랜지스터는 게이트 라인(102)에 공급되는 스캔 신호에 응답하여 데이터 라인(104)에 공급되는 화소 신호가 화소 전극에 충전되어 유지되게 한다. 이를 위하여, 박막 트랜지스터는 게이트 전극(106), 소스 전극(108), 드레인 전극(110), 반도체막(116)을 구비한다.The thin film transistor causes a pixel signal supplied to the data line 104 to be charged and held in the pixel electrode in response to a scan signal supplied to the
게이트 전극(106)은 게이트 라인(102)으로부터의 스캔 신호가 공급되도록 게이트 라인(102)과 접속된다. 소스 전극(108)은 데이터 라인(104)으로부터의 화소 신호가 공급되도록 데이터 라인(104)과 접속된다. 드레인 전극(110)은 반도체막(116)의 채널부를 사이에 두고 소스 전극(108)과 마주하도록 형성되어 데이터 라인(104)으로부터의 화소 신호를 화소 전극(122)에 공급한다. 반도체막(116)은 게이트 절연막(112)을 사이에 두고 게이트 전극(106)과 중첩되어 소스 및 드레인 전극(108,110) 사이의 채널부를 형성한다. 이러한 반도체막(116)은 공정상 소스 및 드레인 전극(108,110) 뿐만 아니라 데이터 라인(104)과 중첩되게 형성된다.The
한편, 본원 발명의 반도체막(116)은 무기 산화물 반도체를 사용하며, 예로 들어 ZTO(Zinc Tin Oxide; 이하, ZTO)를 사용한다. 무기 산화물 반도체는 밴드갭이 충분히 넓기 때문에 투명하고 이로 인해서 투명 트랜지스터의 채널물질로 사용될 수 있다. 또한, 전이 금속으로 이루어진 산화물 반도체의 경우에는 비정질 상태에서도 결정성을 지닐 때보다 이동도가 크게 감소하지 않는다. 다시 말하여, 무기 산화물 반도체의 경우 화학결합의 종류가 이온 결합에 가까우며, 전도대가 P오비탈이 아닌 ns 오비탈로 이루져있어서 전도대가 등방성을 가지고 있기 때문에 원자의 배열이 규칙적으로 이루어져 있지 않더라도 금속-산소-금속의 연결이 이루질 수 있다. 이와 같이 전이 금속을 이용한 산화물 반도체는 이동도가 결정성에 영향을 크게 받지 않으므로 저온 공정으로도 대기 중에 안정한 소자 성능 발현이 가능하다.Meanwhile, the
그리고, 본원 발명의 무기 산화물 반도체는 이동도 및 성능 안정성이 우수하다. 무기 산화물 반도체를 형성하기 위해 진공 증착 및 고온 열처리가 필요하였지만, 본원 발명의 무기 산화물 반도체는 용액 공정을 통해 형성되어 제조하기 용이하며 대기 중 성능 안정성이 우수하다. The inorganic oxide semiconductor of the present invention is excellent in mobility and performance stability. Vacuum deposition and high temperature heat treatment are required to form an inorganic oxide semiconductor, but the inorganic oxide semiconductor of the present invention is formed through a solution process and is easy to manufacture and has excellent stability in the atmosphere.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 박막 트랜지스터의 제조 방법을 나타낸 순서도이며, 도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 실시 예에 따른 박막 트랜지스터의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다. FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a thin film transistor according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 3A to 3E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
도 3a를 참조하면, 하부 기판(101) 상에 게이트 라인(미도시) 및 게이트 전 극(102)을 포함하는 게이트 금속 패턴이 형성된다.(S2 단계)Referring to FIG. 3A, a gate metal pattern including a gate line (not shown) and a
구체적으로, 하부 기판(101) 상에 스퍼터링 방법 등의 증착 방법을 통해 게이트 금속층이 형성된다. 게이트 금속층으로는 몰리브덴(Mo), 티탄(Ti), 구리(Cu), 알루미늄 네오듐(AlNd), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), Mo 합금, Cu 합금, Al 합금 등과 같이 금속 물질이 단일층으로 이용되거나, 상기 금속을 이용하여 이중층 이상이 적층된 구조로 이용된다. 이어서, 포토리소그래피 공정 및 식각 공정으로 게이트 금속층이 패터닝됨으로써 게이트 라인, 게이트 전극(102)을 포함하는 게이트 금속 패턴이 형성된다. Specifically, a gate metal layer is formed on the
도 3b를 참조하면, 게이트 금속 패턴이 형성된 하부 기판(101) 상에 게이트 절연막(106)이 형성된다. 게이트 절연막(106)으로는 산화 실리콘(SiOx), 질화 실리콘(SiNx) 등과 같은 무기 절연 물질로 형성된다.(S4 단계)Referring to FIG. 3B, a
도 3c를 참조하면, 게이트 절연막(106)이 형성된 하부 기판(101) 상에 ZTO 반도체액을 도포하고 스핀 코팅하여 ZTO 반도체막(116)을 형성한다.(S6 단계) ZTO 반도체액을 형성하는 방법은 아래에서 설명하기로 한다.3C, a ZTO semiconductor liquid is coated on a
구체적으로, ZTO 반도체액을 도포하기 전에 게이트 절연막(106)이 형성된 하부 기판(101)을 피라나 용액(Sulfur Acid : Hydroperoxide = 4 : 1)에서 5분간 초음파 처리를 통하여 세척하고, DI-Water에서 같은 방법으로 세척한다. 세척이 끝난 기판(101)은 적외선 램프(IR-Lamp)로 30분간 건조하여 수분을 제거한다. ZTO 반도체액을 500rpm에서 3초, 400rpm에서 17초간 스핀 코팅하여 ZTO 반도체막(114)을 형성한다. ZTO 반도체액을 스핀코팅한 300℃의 핫플레이트에서 10분간 프리베 이킹한다. Specifically, before applying the ZTO semiconductor liquid, the
도 3d를 참조하면, 하부 기판(101) 상에 형성된 ZTO 반도체막(116)을 열처리한다.(S8 단계) 3D, the ZTO
구체적으로, 하부 기판(101) 상에 형성된 ZTO 반도체막(116)을 500℃ 공기분위기에서 예로 들어 4시간동안 열처리한다. Specifically, the ZTO
한편, 500℃ 공기 분위기에서 4시간 동안 열처리를 할 수 있으며, 다른 실시 예의 열처리 방법으로 아래와 같이 할 수 있다. 하부 기판(101) 상에 도포된 ZTO 반도체액을 우선 300℃ 공기 분위기에서 베이킹하고, 500℃ 공기 분위기에서 프리어닐링 한 뒤, 300℃ 수소 혹은 질소 분위기에서 1분간 최종 어닐링하는 열처리 방법을 할 수 있다. 하부 기판(101) 상에 ZTO 반도체액을 도포하고 스핀 코팅하여 ZTO 반도체막을 형성하여 300℃, 400℃, 500℃, 600℃에서 열처리하게 될 경우 도 5와 같이 결정성이 나타나고 있다. 이는, 도 5는 ZTO 반도체막을 300℃, 400℃, 500℃, 600℃로 각각 열처리한 뒤 XRD를 분석한 결과이다. On the other hand, the heat treatment can be performed in an air atmosphere at 500 ° C for 4 hours, and the heat treatment method of another embodiment can be carried out as follows. The ZTO semiconductor liquid applied on the
도 3e를 참조하면, 반도체막(116) 상에 데이터 라인, 소스 전극(108) 및 드레인 전극(110)을 포함하는 데이터 금속 패턴을 형성된다.(S10 단계) 이러한 반도체 패턴(116)과 데이터 금속 패턴은 슬릿 마스크 또는 하프 톤(Half Tone)를 이용한 하나의 마스크 공정으로 형성된다.3E, a data metal pattern including a data line, a
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 ZTO 반도체액을 형성하는 용액 공정 방법의 순서도이다. 4 is a flowchart of a solution processing method for forming a ZTO semiconductor liquid according to an embodiment of the present invention.
ZTO 반도체액은 아연과 주석의 금속 아세테이트, 유기 용매, 졸 안정화제를 이용한 용액 공정으로 통해 형성된 것이다. 이때, ZTO 반도체액은 (ZnO)x(SnO2)1-x 와 같은 화학식을 가지며, X는 0<X<1의 범위를 가진다.The ZTO semiconductor liquid is formed by a solution process using zinc acetate and tin metal acetate, organic solvent and sol stabilizer. At this time, the ZTO semiconductor liquid has a chemical formula such as (ZnO) x (SnO 2 ) 1-x, and X has a range of 0 <X <1.
한편, ZTO 반도체액은 아연 아세테이트(Zinc acetate dihydrate)의 몰수를 100으로 할때, 주석 아세테이트(Tin acetate)의 몰수를 11~100으로 한다. 또한, ZTO 반도체액은 아연 아세테이트(Zinc acetate dihydrate)와 주석 아세테이트(Tin acetate)의 각각의 함량을 조절하여 형성한다. 예로 들어, ZTO 반도체액은 아연 아세테이트(Zinc acetate dihydrate)를 4.5g~10g의 함량을 주입할 수 있으며, 주석 아세테이트(Tin acetate)을 0g~4.5g의 함량을 주입할 수 있다. On the other hand, in the ZTO semiconductor liquid, when the mole number of zinc acetate dihydrate is 100, the number of moles of tin acetate is 11 to 100. Further, the ZTO semiconductor liquid is formed by controlling the contents of zinc acetate (diacetate dihydrate) and tin acetate (tin acetate), respectively. For example, the ZTO semiconductor liquid can be injected with 4.5 to 10g of Zinc acetate dihydrate and 0 to 4.5g of tin acetate.
ZTO 반도체액은 (ZnO)0.7(SnO2)0. 3 의 화학식을 가지는 ZTO 반도체액의 용액 공정을 예로 들어 설명하기로 한다. 여기서, (ZnO)0.7(SnO2)0. 3 의 화학식을 가지는 ZTO 반도체액을 형성하기 위해 아연 아세테이트(Zinc acetate dihydrate)는 예로 들어 5.88g을 주입하며 주석 아세테이트(Tin acetate)는 예로 들어 4.03g를 주입한다. The ZTO semiconductor liquid will be described by taking a solution process of a ZTO semiconductor liquid having a chemical formula of (ZnO) 0.7 (SnO 2 ) 0. 3 as an example. Here, zinc acetate (Zinc acetate dihydrate) is injected, for example, in an amount of 5.88 g to form a ZTO semiconductor liquid having the formula of (ZnO) 0.7 (SnO 2 ) 0. 3 , and tin acetate is, for example, 4.03 g .
먼저, 주석 아세테이트(Tin acetate)를 에탄올아민(Ethanolamine) 및 2-메톡시에탄올(2-Methoxyethanol)의 혼합 유기 용매에 용해 및 교반한다.(S12 단계) First, tin acetate is dissolved and stirred in a mixed organic solvent of ethanolamine and 2-methoxyethanol (step S12)
이때, 금속 아세테이트는 주석 아세테이트(Sn(CH3COO)4)를 사용했지만, 이밖에 갈륨 아세테이트(Ga(CH3COO)3), 인듐 아세테이트(In(CH3COO)3), 지르코늄 아세테이트(ZrO(CH3COO)2) 등의 금속 아세테이트를 사용할 수 있다. At this time, the metal acetate, tin acetate (Sn (CH 3 COO) 4 ) (Ga (
구체적으로, 혼합 유기 용매는 10~40ml의 에탄올아민(Ethanolamine)과, 1ml~ 5ml의 2-메톡시에탄올(2-Methoxyethanol)을 혼합하여 1~20분간 교반시킨다. 바람직하게 혼합 유기 용매는 31 ml의 에탄올아민(Ethanolamine)과, 2ml의 2-메톡시에탄올(2-Methoxyethanol)을 혼합하여 5분간 교반시킨다. 이때, 혼합 유기 용매는 주석 아세테이트(Tin acetate)와 아연 아세테이트(Zinc acetate dihydrate)의 용해도가 낮기 때문에 원하는 농도의 전구체 용액을 형성하기 위해 사용하게 된다. 다시 말하여, 에탄올아민(Ethanolamine)은 고농도의 금속 아세테이트를 용액 내에 용해하는 과정에서 용해도를 높여주는 역할을 한다. 에탄올아민(Ethanolamine)의 함량은 아연 아세테이트(Zinc acetate dihydrate) 및 주석 아세테이트(Tin acetate)를 합한 함량을 100으로 했을때 20~100 중량부를 가진다. 즉, 아연 아세테이트(Zinc acetate dihydrate) 및 주석 아세테이트(Tin acetate)를 합한 함량이 9.91g일 경우, 에탄올아민(Ethanolamine)의 함량은 1.982g ~ 9.91g의 범위를 갖는 중량을 주입할 수 있다. 이러한, 혼합 유기 용매에 주석 아세테이트(Tin acetate)를 예로 들어 4.03g 투입하여 완전히 녹아 무색의 투명한 액체가 될때까지 5~15분간 교반시키며, 바람직하게는 10분간 교반시킨다. Specifically, the mixed organic solvent is mixed with 10 to 40 ml of ethanolamine and 1 ml to 5 ml of 2-methoxyethanol, and stirred for 1 to 20 minutes. Preferably, the mixed organic solvent is mixed with 31 ml of ethanolamine and 2 ml of 2-methoxyethanol and stirred for 5 minutes. At this time, the mixed organic solvent is used to form a precursor solution of a desired concentration because of low solubility of tin acetate and zinc acetate dihydrate. In other words, Ethanolamine enhances solubility in the solution of high concentration of metal acetate in solution. The content of ethanolamine is 20-100 parts by weight based on 100 parts by weight of Zinc acetate dihydrate and tin acetate. That is, when the content of zinc acetate dihydrate and tin acetate is 9.91 g, the content of ethanolamine can be in the range of 1.982 g to 9.91 g. To this mixed organic solvent, 4.03 g of tin acetate is added as an example, and the solution is completely melted and stirred for 5 to 15 minutes until a colorless transparent liquid is obtained, preferably stirred for 10 minutes.
다음, 혼합 유기 용매 및 주석 아세테이트(Tin acetate)가 혼합된 용액에 아연 아세테이트(Zinc acetate dihydrate)를 용해하고 교반하여 주석 아세테이트(Tin acetate)와 아연 아세테이트(Zinc acetate dihydrate)를 출발 물질로 하여 졸-겔 용액을 제조한다.(S14 단계) Next, zinc acetate (Zinc acetate dihydrate) was dissolved in a mixed organic solvent and tin acetate and stirred to prepare a sol-gel solution containing tin acetate and zinc acetate dihydrate as starting materials. Gel solution is prepared (step S14)
이후, 주석과 아연이 포함된 졸-겔 용액을 1차 열교반하며, 주석 아세테이 트(Tin acetate)와 아연 아세테이트(Zinc acetate dihydrate) 용액 내 용해도를 향상시키기 위해 산(Acid)을 첨가한다.(S16 단계)Then, a sol-gel solution containing tin and zinc is first heat-agitated and an acid is added to improve solubility in zinc acetate and zinc acetate dihydrate solution. (Step S16)
구체적으로, 졸-겔 용액은 주석 아세테이트(Tin acetate)과 아연 아세테이트(Zinc acetate dihydrate)가 완전히 녹으면서 무색의 투명한 액체가 되도록 온도가 예로 들어 60℃인 핫플레이트에서 10분간 1차 열교반시키고, 산(Acid)을 예로 들어 5ml 주입한다. 이때, 핫플레이트의 온도가 60℃를 예로 들었지만, 핫플레이트 온도는 30℃~90℃로 조절할 수 있으며, 핫플레이트의 온도나 졸-겔 용액의 상태에 따라 핫플레이트의 열교반 시간을 1분~15분로 조절할 수 있다. Specifically, the sol-gel solution was first heat-stirred for 10 minutes on a hot plate at a temperature of 60 ° C, for example, so that tin acetate and zinc acetate dihydrate completely dissolved and became a colorless transparent liquid, 5 ml of acid is used as an example. In this case, although the temperature of the hot plate is 60 ° C, the temperature of the hot plate may be adjusted to 30 ° C to 90 ° C. Depending on the temperature of the hot plate or the state of the sol-gel solution, 15 minutes.
그리고, 산은 아세트산(Acetic acid)을 사용할 수 있다. 아세트산(Acetic acid)의 함량은 아연 아세테이트(Zinc acetate dihydrate) 및 주석 아세테이트(Tin acetate)를 합한 함량을 100으로 했을때 5~15 중량부를 주입할 수 있으며, 바람직하게는 10 중량부로 주입할 수 있다. The acid may be acetic acid. The content of acetic acid may be 5-15 parts by weight, preferably 10 parts by weight, based on 100 parts by weight of zinc acetate (zinc acetate dihydrate) and tin acetate (Tin acetate) .
졸-겔 용액을 1차 열교반 및 산을 첨가한 후, 졸-겔 용액의 부피를 검사한다.(S18 단계) 검사결과 용액의 부피가 사용자가 원하는 결과치가 아닐 경우, 졸-겔 용액을 2차 열교반하며, 2-메톡시에탄올(2-Methoxyethanol)을 주입한다.(S20 단계) 여기서, 2차 열교반은 1차 열교반과 동일한 온도로 핫플레이트 온도를 60℃인 상태를 유지시키면서 5분간 더 교반시켜줌과 아울러 용액의 부피를 맞추기 위해 추가로 2-메톡시에탄올(2-Methoxyethanol)을 1ml~6ml을 주입하며, 바람직하게는 4.1ml 주입한다. 검사결과 용액의 부피가 사용자가 원하는 결과치일 경우, 2차 열교반 및 2-메톡시에탄올(2-Methoxyethanol)을 주입하는 단계없이 바로 다음 단계인 졸 안정화제를 주입한다.(S22 단계) Gel solution is added to the sol-gel solution and the volume of the sol-gel solution is inspected after the addition of the primary heat agitation and the acid (step S18). If the volume of the solution is not the desired result, 2-Methoxyethanol is injected (Step S20). In the second heat agitation, the temperature of the hot plate is kept at 60 캜 under the same temperature as that of the first heat agitation, and 5 The mixture is stirred for a further minute, and 1 ml to 6 ml of 2-methoxyethanol is further injected, preferably 4.1 ml, in order to adjust the volume of the solution. If the volume of the solution is the desired result, the next step of the sol stabilizer is injected without the step of injecting the second heat agitation and 2-methoxyethanol (step S22)
다음, 용액의 부피 검사 결과에 따라 용액에 졸 안정화제를 첨가하여 졸-겔 용액의 안정성을 확보한다.(S22 단계) Next, a sol-stabilizing agent is added to the solution according to the result of the volume check of the solution to ensure the stability of the sol-gel solution (step S22).
구체적으로, 용액에 졸 안정화제인 1ml~5ml의 포름아미드(Formamide)를 첨가하며, 바람직하게는 3ml의 포름아미드(Formamide)를 첨가한다. 포름아미드(Formamide)의 함량은 아연 아세테이트(Zinc acetate dihydrate) 및 주석 아세테이트(Tin acetate)를 합한 함량을 100으로 했을때 3~9 중량부를 주입할 수 있으며, 바람직하게는 6 중량부로 주입할 수 있다. 졸 안정화제로 포름아미드(Formamide)를 첨가함으로써 전구체 용액이 오랜 기간 안정하게 유지될 수 있고, 증발이 어렵고 막 내에 잔류하여 소자 물성에 악영향을 줄 우려가 있는 기존 졸 안정화제인 에탄올아민(Ethanolamine)의 함량을 최소화 할 수 있는 조성물을 제공할 수 있다. Specifically, 1 ml to 5 ml of formamide, which is a sol stabilizer, is added to the solution, preferably 3 ml of formamide is added. The content of formamide may be 3 to 9 parts by weight, preferably 6 parts by weight, based on 100 parts by weight of zinc acetate (zinc acetate dihydrate) and tin acetate (Tin acetate) . The addition of formamide as a sol stabilizer allows the precursor solution to remain stable for a long period of time and the content of ethanolamine, which is a conventional sol stabilizer, which is difficult to evaporate and remains in the membrane, Can be minimized.
마지막으로, 졸-겔 용액을 10~20 시간 교반하여(S24 단계) (ZnO)0.7(SnO2)0. 3 의 화학식을 가지는 ZTO 반도체액을 완성한다.(S26 단계)Finally, the sol-gel solution is stirred for 10 to 20 hours (step S24) to complete a ZTO semiconductor liquid having the formula (ZnO) 0.7 (SnO 2 ) 0. 3 (step S26)
한편, 이와 같이 S12 단계 내지 S26 단계의 용액 공정을 통해 형성된 ZTO 반도체액은 도 6에 도시된 바와 같이 점도가 13.7~ 13.8mPa-s로 일정하게 나타내고 있으며, ZTO 반도체액을 열분석할 경우 도 7과 같이 나타나게 된다.6, the viscosity of the ZTO semiconductor liquid formed through the solution process in steps S12 to S26 is constantly in the range of 13.7 to 13.8 mPa-s. When the ZTO semiconductor liquid is thermally analyzed, As shown in Fig.
(ZnO)0.7(SnO2)0. 3 의 화학식을 가지는 ZTO 반도체액 이외에 본 발명에 따른 제2 실시 예로 Undoped Pure ZnO 반도체액을 형성하기 위해 주석 아세테이트(Tin acetate)는 주입하지 않고 아연 아세테이트(Zinc acetate dihydrate)는 예로 들어 8.40g을 주입한다. 이에 따라, 주석 아세테이트(Tin acetate)와 아연 아세테이트(Zinc acetate dihydrate)의 함량을 위와 같이 조절하여 주입하고 위에서 설명한 S12 단계 내지 S26 단계의 용액 공정을 통해 Undoped Pure ZnO 반도체액을 형성한다. (ZnO) 0.7 (SnO 2 ) 0. 3 in the second embodiment of the present invention, tin acetate is not injected to form Undoped Pure ZnO semiconductor liquid, and zinc acetate acetate dihydrate) is injected as an example. Thus, the contents of tin acetate and zinc acetate dihydrate are adjusted as described above, and Undoped Pure ZnO semiconductor liquid is formed through the solution process of steps S12 to S26 described above.
본 발명에 따른 제3 실시 예로 (ZnO)0.9(SnO2)0. 1 의 화학식을 가지는 ZTO 반도체액을 형성하기 위해 주석 아세테이트(Tin acetate)는 예로 들어 1.34g을 주입하며, 아연 아세테이트(Zinc acetate dihydrate)는 예로 들어 7.56g을 주입한다. 이에 따라, 주석 아세테이트(Tin acetate)와 아연 아세테이트(Zinc acetate dihydrate)의 함량을 위와 같이 조절하여 주입하고 제1 실시 예와 동일하게 S12 단계 내지 S26 단계의 용액 공정을 통해 (ZnO)0.9(SnO2)0. 1 의 화학식을 가지는 ZTO 반도체액을 형성한다. An example of the third embodiment according to the present invention (ZnO) 0.9 (SnO 2) tin acetate (Tin acetate) to form a ZTO semiconductor solution having a formula of 0.1 is an example, and injecting 1.34g, zinc acetate (Zinc acetate dihydrate) is injected as an example. As a result, the contents of tin acetate and zinc acetate dihydrate were adjusted as described above, and the solution of (ZnO) 0.9 (SnO 2 ) to form a ZTO semiconductor solution having a formula of 0.1.
본 발명에 따른 제4 실시 예로 (ZnO)0.8(SnO2)0. 2 의 화학식을 가지는 ZTO 반도체액을 형성하기 위해 주석 아세테이트(Tin acetate)는 예로 들어 2.69g을 주입하며, 아연 아세테이트(Zinc acetate dihydrate)는 예로 들어 6.72g을 주입한다. 이에 따라, 주석 아세테이트(Tin acetate)와 아연 아세테이트(Zinc acetate dihydrate)의 함량을 위와 같이 조절하여 주입하고 제1 실시 예와 동일하게 S12 단계 내지 S26 단계의 용액 공정을 통해 (ZnO)0.8(SnO2)0. 2 의 화학식을 가지는 ZTO 반도체액을 형성한다. An example of the fourth embodiment according to the present invention (ZnO) 0.8 (SnO 2) tin acetate (Tin acetate) to form a ZTO semiconductor solution having a formula of 0.2 is an example, and injecting 2.69g, zinc acetate (Zinc acetate dihydrate) is injected as an example. Thus, the contents of tin acetate and zinc acetate dihydrate were adjusted as described above, and ZnO 0.8 (SnO 2 ) was added through the solution process of steps S12 to S26 as in the first embodiment. ) to form a ZTO semiconductor solution having a formula of 0.2.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제1 내지 제4 실시 예에 따라 형성한 반도체 박 막의 소자 물성 측정 결과를 도시한 그래프이고, 도 9는 제1 내지 제4 예에 따라 형성된 박막의 표면 및 단면도에 대해 주사전자 현미경(FE-SEM) 사진이다. 도 9에서 (a)의 사진은 제2 실시 예에 따라 형성된 박막의 표면이고, (b)의 사진은 제3 실시 예에 따라 형성된 박막의 표면이고, (c)의 사진은 제1 및 제4 실시 예에 따라 형성된 박막의 표면을 나타내고 있다. FIGS. 8A and 8B are graphs showing the results of measurement of physical properties of a semiconductor thin film formed according to the first to fourth embodiments of the present invention, and FIG. 9 is a graph showing the surface and cross-sectional views of thin films formed according to the first to fourth examples (FE-SEM) photographs. 9 (a) is the surface of the thin film formed according to the second embodiment, (b) is the surface of the thin film formed according to the third embodiment, and (c) The surface of the thin film formed according to the embodiment is shown.
제1 내지 제4 실시 예의 ZTO 반도체액을 이용하여 형성된 박막 트랜지스터의 전압-전류(V-I) 특성곡선은 X축 방향으로 박막 트랜지스터의 게이트 온 전압(VG)을 나타내고, 그 전압에 따른 박막 트랜지스터의 드레인 전류(Id)는 Y축 방향으로 나타낸다. The voltage-current (VI) characteristic curve of the thin film transistor formed using the ZTO semiconductor liquid of the first to fourth embodiments shows the gate-on voltage (V G ) of the thin film transistor in the X axis direction, The drain current Id is expressed in the Y-axis direction.
제1 내지 제4 실시 예에 따라 형성된 ZTO 반도체액을 도포하고 스핀코팅을 통해 제작된 ZTO 반도체막을 이용하여 박막 트랜지스터를 형성했다. 이때, 박막 트랜지스터를 형성하기 위해 반도체막의 소스 및 드레인 전극을 형성한 뒤, 이를 300℃의 수소 분위기에서 1분간 열처리한다. 또한, 반도체막의 채널 폭(W)은 5000㎛, 채널 길이(L)는 50㎛으로 형성하며, 채널 폭/채널 길이(W/L)의 ratio는 100으로 한다. 한편, ZTO 반도체액을 도포하고 스핀코팅으로 형성된 ZTO 반도체막을 500℃에서 열처리한다.The ZTO semiconductor liquid formed according to the first to fourth embodiments was coated and a thin film transistor was formed using the ZTO semiconductor film formed through spin coating. At this time, source and drain electrodes of a semiconductor film are formed to form a thin film transistor, and then heat treatment is performed in a hydrogen atmosphere at 300 캜 for one minute. The channel width (W) of the semiconductor film is 5000 m, the channel length (L) is 50 m, and the ratio of the channel width / channel length (W / L) is 100. On the other hand, the ZTO semiconductor film formed by applying the ZTO semiconductor liquid and spin-coating is heat-treated at 500 ° C.
도 9을 참조하면, Sn 0%를 표시하고 있는 그래프는 Undoped Pure ZnO 반도체액을 사용하여 형성된 박막 트랜지스터의 전압-전류(V-I) 특성곡선이며, Sn 10%를표시하고 있는 그래프는 (ZnO)0.9(SnO2)0. 1 의 화학식을 가지는 ZTO 반도체액을 사용 하여 형성된 박막 트랜지스터의 전압-전류(V-I) 특성곡선이며, Sn 20%를 표시하고 있는 그래프는 (ZnO)0.8(SnO2)0. 2 의 화학식을 가지는 ZTO 반도체액을 사용하여 형성된 박막 트랜지스터의 전압-전류(V-I) 특성곡선이며, Sn 30%를 표시하고 있는 그래프는 (ZnO)0.7(SnO2)0. 3 의 화학식을 가지는 ZTO 반도체액을 사용하여 형성된 박막 트랜지스터의 전압-전류(V-I) 특성곡선이다. 이때, 제1 실시 예의 ZTO 반도체액을 사용하여 형성된 박막 트랜지스터는 0.5㎠/Vs의 빠른 이동도, 게이트 전압이 3V으로 작은 전압에서도 스위칭이 가능하며, 점멸비가 104 를 가질 수 있다. Referring to Figure 9, a graph that displays
이와 같이 본원 발명의 제1 내지 제4 실시 예에 따른 ZTO 반도체액을 사용하여 형성된 박막 트랜지스터는 도 9와 같은 각각에 따른 박막 트랜지스터의 전압-전류의 특성 곡선을 가진다. 따라서, 아연 아세테이트(Zinc acetate dihydrate)과 주석 아세테이트(Tin acetate)의 조성비를 다르게 주입하는 용액 공정으로 사용자가 원하는 박막 트랜지스터의 전압-전의 특성 곡선을 갖는 박막 트랜지스터를 용이하게 형성할 수 있다. The thin film transistor formed using the ZTO semiconductor liquid according to the first to fourth embodiments of the present invention has a voltage-current characteristic curve of the thin film transistor according to each of FIG. Therefore, a thin film transistor having a voltage-to-current characteristic curve of a desired thin film transistor can be easily formed by a solution process of injecting different composition ratios of zinc acetate (diacetate) and tin acetate.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification, but should be defined by the claims.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 박막 트랜지스터를 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 박막 트랜지스터의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 실시 예에 따른 박막 트랜지스터의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.3A to 3E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 ZTO 반도체액을 형성하는 용액 공정 방법의 순서도이다. 4 is a flowchart of a solution processing method for forming a ZTO semiconductor liquid according to an embodiment of the present invention.
도 5는 ZTO 반도체막을 300℃, 400℃, 500℃, 600℃로 각각 열처리한 뒤 XRD를 분석한 결과를 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing the results of XRD analysis after heat treatment of the ZTO semiconductor films at 300 ° C, 400 ° C, 500 ° C, and 600 ° C, respectively.
도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 ZTO 반도체액의 점도를 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing the viscosity of a ZTO semiconductor liquid according to the first embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 ZTO 반도체액의 열분석 결과이다. 7 is a result of thermal analysis of the ZTO semiconductor liquid according to the first embodiment of the present invention.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제1 내지 제4 실시 예에 따라 형성한 반도체 박막의 소자 물성 측정 결과를 도시한 그래프이다.8A and 8B are graphs showing the results of measurement of the physical properties of the semiconductor thin film formed according to the first to fourth embodiments of the present invention.
도 9는 제1 내지 제4 예에 따라 형성된 박막의 표면 및 단면도에 대해 주사전자 현미경(FE-SEM) 사진이다. 9 is a scanning electron microscope (FE-SEM) photograph of the surface and cross-sectional views of thin films formed according to the first to fourth examples.
<도면의 주용 부분에 대한 부호 설명>DESCRIPTION OF THE REFERENCE SYMBOLS
101 : 하부 기판 102 : 게이트 전극101: lower substrate 102: gate electrode
106 : 게이트 절연막 108 : 소스 전극106: gate insulating film 108: source electrode
110 : 드레인 전극 116 : 반도체막110: drain electrode 116: semiconductor film
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