KR102245272B1 - Zito를 함유하는 방사선 저항성 금속산화물 반도체 조성물 및 이의 제법 및 용도 - Google Patents

Zito를 함유하는 방사선 저항성 금속산화물 반도체 조성물 및 이의 제법 및 용도 Download PDF

Info

Publication number
KR102245272B1
KR102245272B1 KR1020190044445A KR20190044445A KR102245272B1 KR 102245272 B1 KR102245272 B1 KR 102245272B1 KR 1020190044445 A KR1020190044445 A KR 1020190044445A KR 20190044445 A KR20190044445 A KR 20190044445A KR 102245272 B1 KR102245272 B1 KR 102245272B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
radiation
oxide semiconductor
zito
metal oxide
resistant
Prior art date
Application number
KR1020190044445A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20200121955A (ko
Inventor
김충익
김명길
호동일
박병규
Original Assignee
서강대학교 산학협력단
중앙대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서강대학교 산학협력단, 중앙대학교 산학협력단 filed Critical 서강대학교 산학협력단
Priority to KR1020190044445A priority Critical patent/KR102245272B1/ko
Priority to US16/849,256 priority patent/US20200335454A1/en
Publication of KR20200121955A publication Critical patent/KR20200121955A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102245272B1 publication Critical patent/KR102245272B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/552—Protection against radiation, e.g. light or electromagnetic waves
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02172—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02172—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides
    • H01L21/02175—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides characterised by the metal
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02373—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02381—Silicon, silicon germanium, germanium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02422—Non-crystalline insulating materials, e.g. glass, polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439—Materials
    • H01L21/02488—Insulating materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02551—Group 12/16 materials
    • H01L21/02554—Oxides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02565—Oxide semiconducting materials not being Group 12/16 materials, e.g. ternary compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/02623—Liquid deposition
    • H01L21/02628—Liquid deposition using solutions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02656—Special treatments
    • H01L21/02664—Aftertreatments
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/82—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
    • H01L21/84—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being other than a semiconductor body, e.g. being an insulating body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
    • H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/49—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET
    • H01L29/51—Insulating materials associated therewith
    • H01L29/517—Insulating materials associated therewith the insulating material comprising a metallic compound, e.g. metal oxide, metal silicate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66969—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies not comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/7869—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film having a semiconductor body comprising an oxide semiconductor material, e.g. zinc oxide, copper aluminium oxide, cadmium stannate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
    • H01L22/14—Measuring as part of the manufacturing process for electrical parameters, e.g. resistance, deep-levels, CV, diffusions by electrical means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/0103—Zinc [Zn]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01049—Indium [In]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/0105—Tin [Sn]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

본 발명은 방사선 저항성을 발휘하는 ZITO(zinc-indium-tin oxide)을 함유하는 방사선 저항성 금속산화물 반도체 조성물 및 이의 제법 및 용도에 관한 것이다. 본 발명은 우주공간, 원자력 발전소, 또는 방사선을 이용하는 의료기기 또는 보안기기 사용공간에서 사용되는 방사선 노출용 전자기기가 방사선 저항성을 발휘하는 ZITO을 함유하는 방사선 저항성 금속산화물 반도체 조성물을 사용함으로써, 방사선에 의한 손상을 방지하여, 소자의 전기적 특성(예, turn-on voltage(Von)), 장치의 수명 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Description

ZITO를 함유하는 방사선 저항성 금속산화물 반도체 조성물 및 이의 제법 및 용도{A radiation-resistant metal oxide semiconductor composition containing zinc-indium-tin oxide, and preparation method and use thereof}
본 발명은 방사선 저항성을 발휘하는 ZITO(zinc-indium-tin oxide)을 함유하는 방사선 저항성 금속산화물 반도체 조성물 및 이의 제법 및 용도에 관한 것이다.
우주산업, 원자력 산업, 의료산업, 보안산업 등은 산업적, 경제적 가치가 매우 높은 산업으로 향후 중요성이 더욱 높아질 것으로 기대되고 있다. 우주공간, 원자력 발전소, 방사선을 이용한 의료기기나 보안기기 등은 양성자, 감마선, X선 등 많은 양의 방사선에 노출되는 공간이다. 특히, 이러한 환경에서 전자기기에 탑재된 전자소자는 시간에 따른 방사선 노출에 의해 성능 저하, 고장 등 다양한 문제를 겪게 된다. 이러한 문제는 전자기기의 수명을 단축시켜 경제적 낭비를 초래하며, 또한 전자기기의 동작 오류는 다중으로 보완장치를 하도록 하여 생산 단가를 높이는 원인이다.
현재 모든 전자소자에 사용되는 Si 소재 기반 전자소자의 경우, 방사선 환경에서 성능 저하나 수명 단축 등의 문제를 포함하여 안정적으로 구동을 하지 못한다고 알려져 있다. 따라서, Si 기반 전자소자를 대체할 수 있는 소재에 대한 연구와 방사선에 의한 손상에 대한 연구가 여러 방면으로 진행되고 있다. 특히, 우주방사선의 대부분의 구성성분인 양성자에 의한 영향이 보다 널리 연구되어 왔으며, 이에 따라 항공우주 분야(aerospace applications)에서 사용되는 antenna array 및 sensor array, x-ray 이미지 센서, 원자로 감시 등에서 방사선에 저항성이 있는 다양한 소재들에 대한 필요성이 높아지고 있다. 그러나, 기존에 방사선 조사에 의한 몇몇 반도체 소재들의 성능 변화에 대한 연구는 보고된 적이 있지만, 방사선에 저항성이 높은 소재는 거의 보고된 적이 없을 뿐만 아니라, 방사선이 구체적으로 여러 반도체 소재에 어떠한 메커니즘에 의해 영향을 주는지는 보고되지 않았다.
차세대 첨단 산업인 우주산업을 포함하여 방사선 노출이 불가피한 의료, 보안, 원자력 분야에서 사용되는 전자소자는 성능 저하나 수명 단축을 최소한으로 하면서 방사선에 안정적으로 구동이 가능해야 한다. 전자회로는 우주 공간(인공위성, 우주정거장 등), 원자력발전소, 진단 및 치료용 의료기기, 보안기기와 같은 방사선에 노출되는 공간, 또는 고지대 환경에서 전자기기를 컴퓨팅 및/또는 제어하는데 필수적이며, 특히 우주 항공에 적용되는 전자기기는 월등한 수준의 작동 신뢰성이 요구된다.
박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT)는, 소자 면적이 작고, 공간 절약적인 점에서, 휴대 전화, 노트북, PDA와 같은 각종 휴대전자 장치에서의 표시 장치 구동용 트랜지스터로서 사용되고 있다.
전계효과 트랜지스터(field effect transistor, FET)는 게이트 전극에 전압을 걸어 채널의 전기장에 의하여 전자 또는 정공이 흐르는 관문(게이트)이 생기게 하는 원리로 소스, 드레인의 전류를 제어하는 트랜지스터이다. 금속 산화물 반도체형 전계효과 트랜지스터(metal oxide semiconductor field effect transistor, MOSFET)는 게이트 부분이 반도체의 산화 피막 상의 금속 전극으로 되어 있는 것이다. 현재의 집적 회로의 주류가 되고 있는 소자이다.
산화물 반도체 재료를 채널층에 사용한 박막 트랜지스터(TFT)는 저온에서 성막이 가능한 이점이 있다. 박막 트랜지스터는 결정질의 Si 벌크(bulk)를 반도체로 사용하는 MOSFET 대비 박막 형태의 반도체막을 전자 혹은 홀의 전하가 지나가는 채널로 사용하기 때문에 어떠한 형태의 절연막도 기판으로 사용할 수 있는 장점이 있다. 이로 인하여 유리는 물론 플라스틱 기판, 심지어 종이도 TFT의 기판으로 사용이 가능하며 다양한 증착법을 제작에 이용할 수 있으며 기판의 확장성에 제한이 없다. 이로 인해, 플렉서블 기판을 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 스트레처블 일렉트로닉스(stretchable electronics)를 제공할 수 있다.
TFT 구조에서의 가장 큰 기준점은, 반도체막을 중심으로 게이트 전극이 어느 위치에 놓여있는지에 따라 반도체 아래에 있으면 하부 게이트(bottom gate) 구조, 그리고 반도체 위에 게이트 전극이 형성되면 상부 게이트(top gate)라고 크게 분류한다. 그 외에 채널의 형성 위치와 SD의 배치에 따라 동일 평면상에 있는 경우 코플라나형(coplanar type) 이라 하고 서로 다른 공간상에 위치할 경우는 스태거드형(staggered type) 이라고 한다.
금속 산화물 반도체형 전계효과 트랜지스터(MOSFET)에서, 절연체 내부 혹은 반도체-절연체 계면 손상에 대한 방사선의 영향이 밝혀진 이후로 전자소자에 대한 방사선 손상의 다양한 영향이 연구되어 왔다.
현재까지 Si를 기반으로 한 트랜지스터에 대하여, 절연체 내부 혹은 반도체-절연체 계면 손상에 대한 방사선의 영향에 대한 메커니즘은 어느 정도 밝혀졌다. 반면에 반도체 자체에 대한 손상은 몇 차례 보고가 있지만 자세한 메커니즘은 규명되지 않았다. 또한, Si를 대체할 수 있는 소재로서 유기물, 산화물에 대한 방사선 영향에 대한 연구도 많이 진행되었는데, 알려진 바에 따르면 공유결합을 기반으로 한 유기물 같은 물질은 고에너지 방사선을 조사하게 되면 심각한 결합각 뒤틀림이나 결합 끊어짐과 같은 현상으로 인해 전자소자에 적용하게 되었을 때 상당한 성능저하를 나타내는 반면에, 산화물과 같은 이온결합을 기반으로 한 소재를 사용하게 되면 고에너지 방사선에도 어느 정도 안정성을 갖는다고 알려졌다.
예컨대, nanowire ZnO에 여러 선량의 70 keV의 양성자를 조사하여 선량이 증가할수록 결함(defect)이 점점 증가한다는 것을 밝혀낸 연구가 있고(NaNO , 2011, 6(3), 259-263), IZO 박막 트랜지스터에 방사선을 조사하여 성능 저하와 그 이후에서의 성능 회복을 확인하는 연구가 수행된 바 있다(Surf. Coat. Tech. 2010, 205, S109-S114). 또한, IZO 산화물 반도체에 1 Mrad까지 방사선 조사 테스트를 진행한 결과 소자 성능이 약간 좋아지는 것을 확인하였으나 이에 대한 원인 분석은 전무하다(Thin Solid Films 2013, 539, 342-344).
한편, 중국의 Jiaotong 대학교 연구팀은 HfO2 절연체의 방사선 조사 실험을 진행하였고, 방사선 조사에 따라 성능이 저하됨을 확인하였다(IEEE Trans. Dielectr. Electr . Insul . 2014, 21, 1792-1800). 서울대학교에서는 10 MeV의 양성자를 MOS2에 조사하여 선량이 증가할수록 반도체와 반도체-절연체 계면사이에 charge trap이 증가함을 설명하였다(ACS Nano , 2014, 8(3), 2774-2781). IEEE 학회에서 발표된 바에 따르면, a-IGZO에 여러 선량의 방사선을 조사하여 성능 변화 정도를 확인하였고, 회복정도를 관찰하였다(RTEICT , IEEE International Conference, IEEE, 2016. 1816-1819). 또한, BPEX에서는 C-axis-aligned crystalline IGZO(CAAC-IGZO)에 12C6 + 의 방사선 조사 후 변화가 거의 없음을 확인하여 heavy-ion radiotherapy에 이용될 가능성을 제시하였다(Biomed . Phys. Eng . Express 3, 2017. 045009). 본 발명자들은 ZnO, IGZO, ZTO 같은 다양한 금속산화물을 선정하여 박막트랜지스터를 제작하여 5 MeV 양성자를 1013, 1014, 1015 cm-2 수준의 선량을 조사하고 조사량에 따른 성능 변화를 확인한 결과, Tin이 포함된 ZTO 기반 산화물 박막트랜지스터가 방사선 저항성을 보이는 것을 확인하였다(Adv . Funct . Mater. 2018, 28, 1802717).
본 발명에서는 Sn 원소를 포함한 산화물 반도체 소재들을 선정하여, 다양한 전리방사선 (양성자선, 감마선, 엑스선) 조사 실험을 한 결과, 안정적인 전기적 특성을 갖는 ZITO 산화물 반도체 소재를 개발하였다. 본 발명은 이에 기초한 것이다.
본 발명의 제1양태는 방사선 저항성을 발휘하는 ZITO(zinc-indium-tin oxide)을 함유하는 방사선 저항성 금속산화물 반도체 조성물을 제공한다.
본 발명의 제2양태는 방사선 노출시 성능저하 또는 오작동을 감소시키기 위해 제1양태의 방사선 저항성 ZITO 함유 방사선 저항성 금속산화물 반도체 조성물로 채널층이 형성된 것이 특징인 방사선 노출용 방사선 내구성 산화물 박막 트랜지스터(Thin film transistor, TFT)를 제공한다.
본 발명의 제3양태는 방사선 노출시 성능저하 또는 오작동을 감소시키기 위해 제1양태의 방사선 저항성 ZITO 함유 방사선 저항성 금속산화물 반도체 조성물로 방사선 저항성 금속산화물 반도체층이 형성된 것이 특징인 방사선 노출용 방사선 내구성 전자기기를 제공한다.
본 발명의 제4양태는 제1양태의 방사선 저항성 ZITO 함유 방사선 저항성 금속산화물 반도체 조성물의 제조방법에 있어서, 특정 Zn : In : Sn 조성비의 ZITO 함유 금속산화물 반도체 소재 또는 이를 사용하여 제작된 소자에 양성자를 조사하여 금속산화물 반도체 소재 또는 금속산화물 반도체층 내 산소의 빈격자점(oxygen vacancy) 생성 여부 및 정도를 확인하는 단계를 포함하는 것이 특징인 ZITO 함유 방사선 저항성 금속산화물 반도체 조성물의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 제5양태는 ZITO 함유 금속산화물 반도체 소재를 사용하여 제작된 전자기기의 방사선 내구성 평가방법에 있어서, ZITO 함유 금속산화물 반도체 소재를 사용하여 제작된 전자기기에 양성자를 조사하여 금속산화물 반도체층 내 산소의 빈격자점(oxygen vacancy) 생성 여부 및 정도를 확인하는 단계를 포함하는 것이 특징인 전자기기의 방사선 내구성 평가방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 자세히 설명한다.
ZnO는 다양한 소자에 적용되는 n-type 반도체이다. ZnO는 높은 전계 이동도(field-effect mobility), 넓은 밴드갭, 저온 공정 적합성의 잇점을 갖는다. 산화물 반도체에 기초한 아연의 전도성은 보통 Zn 삽입체(interstitial)(Zni), 산소의 빈격자점 및 산소 삽입체(Oi)와 같은 이온화된 담체에 따라 변화한다. 산소의 빈격자점은 산화물 반도체의 전도성을 제어하는 전자적 트랩으로 작용하며, 전자 공여체로서 어닐링 온도가 높아질수록 증가할 수 있다.
본 발명자들은 이전 연구를 통해 대표적인 산화물 반도체 소재인 ZnO (Zinc oxide), IGZO(Indium gallium zinc oxide), ZTO (Zinc tin oxide)에서 양성자 조사에 따른 영향을 확인하고, 적절한 비율로 Zn와 Sn을 포함한 산화물의 경우 양성자 조사에 의한 oxygen vacancy 생성을 억제한다는 사실을 밝혀낸 바 있다.
이처럼, Sn 원소를 포함한 산화물이 양성자 조사에 저항성을 갖는다는 이전 연구결과에 기초하여, 본 발명에서는 ZITO(zinc-indium-tin oxide)를 포함하여 GITO, GTO, GSZO 와 같은 Sn 기반 산화물 반도체 소재들을 제작한 후 양성자 조사한 결과 ZITO가 이전에 방사선 저항성을 갖는 ZTO와 비교해도 월등한 안정성을 가질 뿐만 아니라 감마선과 엑스선에도 안정적인 전기적 특성을 갖는다는 것을 발견하였다(도 2 ~ 도 4). 본 발명은 이에 기초한 것이다.
전리 방사선은 크게 입자 방사선과 광자(photon) 방사선으로 나뉜다. 전리 방사선은 기본적으로 물질을 이온화시켜 물질에 손상을 일으킨다. 입자 방사선은 알파선, 베타선, 양성자선, 중성자선과 같은 입자로 이루어져 있다. 광자(photon) 방사선은 전자기파의 일종으로 감마선과 엑스선으로 분류된다. 양성자선은 입자 방사선으로 물질을 이온화시키는 효과뿐만 아니라 물질 내에 수소분자를 주입하여 불순물을 생성하는 impurity production 효과와 물질 내부에 존재하는 원자들을 재배치하는 atom displacement 효과를 복합적으로 일으킨다. 반면, 감마선과 엑스선 같은 광자(photon) 방사선은 compton 효과로 인한 atom displacement 효과가 드물게 일어난다 (표 1). 표 1은 방사선 종류에 물질에 방사선 손상 효과를 정리한 것이다.
Figure 112019039059303-pat00001
물질에 영구적인 손상을 주는 atom displacement 현상은 금속산화물에서 내부 금속 이온 (metal ion)과 산소 (oxygen)을 재배치시켜 산소 공공 (oxygen vacancy)와 같은 결함 (defect)를 만들어 전자 (electron)나 정공 (hole)과 같은 전하 운반자 (charge carrier)를 트랩(trap)시켜 소자 동작시 이동도를 감소시켜 성능을 감소시킨다. 반면, 물질에 일시적인 손상을 주는 ionizing 현상은 금속산화물 내에서 에너지를 흡수하여 전자-정공 쌍 (electron-hole pair)을 생성하기 때문에 소자 작동 시 절연체나 절연체 계면 사이에 전자 (electron)나 정공 (hole)을 트랩(trap)시켜 on voltage나 문턱전압을 이동시켜 소자의 불안정성을 초래한다.
In2O3 < ZnO < SnO2 순으로 oxygen vacancy formation barrier를 갖는다. 즉, In2O3 < ZnO < SnO2 순으로 oxygen vacancy가 형성되기 어렵다.
ZITO (zinc-indium-tin oxide)는 Zn과 Sn을 포함하며 In 추가로 인한 전기적 특성을 증가시킨 소재로, 본 발명에서는 양성자 같은 입자 방사선 뿐만 아니라 감마선과 엑스선과 같은 광자(photon) 기반 방사선에도 ZITO 기반 전자 소자의 안정적인 구동을 가능하게 하는 소재임을 발견하였다(도 2 ~ 도 4). 다양한 방사선에서도 ZITO 산화물의 이동도가 거의 변하지 않거나 약간 감소하는 것으로 보아 산소 공공 (oxygen vacancy)와 같은 결함 (defect) 생성에 상당한 저항성을 가지며 on voltage와 문턱전압의 이동이 거의 없는 것으로 보아 전자-정공 쌍 (electron-hole pair)을 빠르게 재결합 (recombination)시켜 절연체와 절연체 계면 사이에 전자 (electron)나 정공 (hole) 트랩 (trap) 현상을 억제시키는 것으로 보인다. 따라서, ZITO는 우주공간이나 원자력 발전소와 같은 특수환경 외에도 의료나 보안산업 등에 금속산화물 반도체 소재로 이용될 수 있다.
나아가, 본 실시예에서 실험한 방사선 조사량은 우주공간의 대부분을 차지하는 양성자에 인공위성 궤도에서 인공위성이 수십 년 정도 피폭되는 양이며, 감마선과 엑스선에 의료분야나 보안분야에서 주로 사용되는 장비가 수백년 정도 피폭되는 상당한 양임에도 불구하고, ZITO는 상당한 안정성을 보였다. 따라서, 본 발명에 따라 방사선 저항성을 발휘하도록 Zn : In : Sn 조성이 조절된 ZITO는 우주공간, 원자력발전소, 의료, 보안분야에서 사용되는 인공위성, 안테나, 센서, 의료용 장비, 보안 장비에 기본적인 전자소자 소재로 사용 가능하다.
본 발명은 방사선 저항성을 발휘하는 ZITO(zinc-indium-tin oxide)을 함유하는 방사선 저항성 금속산화물 반도체 조성물을 제공한다. ZITO는 Zn : In : Sn 조성에 따라 양성자선, 감마선 및/또는 엑스선에 대해 발휘되는 저항성 정도를 조절할 수 있다.
금속산화물은 대부분이 반도체이며, 온도가 높으면 전도도가 급격히 증가하여 금속촉매와 유사하다.
금속산화물 반도체(Metal oxide semiconductor)는 금속 cation과 산소 anion의 이온결합으로 이루어진 화합물 반도체로서 산화물 반도체의 전도대의 최저점 (conduction band minimum, CBM)의 주 구성요소는 주로 산화물 반도체를 구성하는 금속들의 s 오비탈(orbital)들인 반면 가전자대의 최대점(valence band maximum,VBM)은 주로 산소의 p 오비탈들로 이루어져 있다. 산화물 반도체는 홀 캐리어가 매우 국한되어 있어 주캐리어는 전자로서 n type인데 산화물 반도체의 전기적 특성을 일차적으로 좌우하는 것은 산소의 빈격자점(vacancy)과 공정 중에 도핑된 수소이다. 예를 들어, 가장 대표적인 산화물 반도체인 InGaZnO의 경우 반도체를 구성하는 금속 인듐(In), 갈륨(Ga), 아연(Zn) 중에서 산소와의 결합이 제일 약한 In이 풍부한 조성의 반도체인 경우 상대적으로 산소 빈격자점 형성이 용이하게 일어나며 이는 반도체 내의 캐리어 농도를 증가시키는 요인으로 작용한다. 또한, 산화물 반도체 박막 형성공정 중에 스퍼터 장비 내의 수소 혹은 TFT 공정 중에 유입되는 수소는 반도체의 캐리어 농도 증가에 결정적인 역할을 한다. 산화물 반도체는 캐리어 농도가 10 x 1021 cm-3 정도까지는 농도가 증가할수록 이동도가 함께 증가하는 특성을 보이는데 이로 인하여 적절한 캐리어의 농도 조절이 산화물 TFT의 특성 확보에 매우 중요하다.
산화물 TFT에 사용하는 산화물 반도체의 구성요소인 금속 또는 비금속 종류는 매우 다양하며 특히 In, Sn은 s 오비탈의 오버랩이 용이하여 이동도 증가에 많은 영향을 미치는 원소들이다.
산화물 반도체가 비정질 상태에서도 큰 이동도 특성을 보이는 것은 우선 전도대(conduction band)의 주 구성요소가 금속의 s 오비탈이어서 결합각(bond angle)의 의존성을 덜 보이기 때문인 것으로 설명한다. 그러나, 비정질 상태에서 여러 금속 양이온의 s 오비탈로써 전도대의 최저점(CBM)을 형성할 경우 각 양이온과의 오버랩 정도가 달라질 수 있으며 이는 CBM의 방황변이(fluctuation)를 야기시키므로 전자의 이동에 제한을 줄 수 있다. CBM 내의 에너지 격막(barrier)을 넘어 고이동도 특성을 보이기 위해서 산화물 반도체의 캐리어 농도는 타 반도체 대비 더 높아야 하는 것이다.
산화물 반도체 소재 내 주석(Sn)은 양성자 조사시 산소의 빈격자점(oxygen vacancy) 형성을 억제시킨다. 예컨대, 고 전하 Sn4 + 기반의 a-ZTO는 고 에너지 양성자 조사를 받는 경우 빈격자점(vacancy) 생성 및 구조 왜곡(structural distortion)에 대한 우수한 저항성을 보였다. 동적 화학 결합 안정화를 위해, a-ZTO (4 : 1)는 유연한 준 안정 비정질 구조를 갖는 최적화된 국부 구조를 나타내었고, 이는 화학 결합 회복을 용이하게 하고 산화물 반도체의 방사선 저항성을 향상시킬 수 있다.
나아가, 주석(Sn)을 함유하는 ZTO 보다, 주석(Sn) 및 인듐(In)을 함유하는 ZITO가 방사선 조사에 월등한 안정성을 발휘하는 것을 발견한 본 발명에 기초하여, 금속 산화물 반도체 소재가 ZITO을 함유할 때 방사선 조사, 특히 양성자 조사에 따른 특성 변화가 저해되므로, ZITO 함유 산화물 반도체 소재의 향상된 방사선 저항성을, 방사선 노출용 방사선 내구성 반도체 소자 및 이를 이용한 다양한 장치에 적용할 수 있다.
ZITO(zinc-indium-tin oxide)는 전자소자 예컨대 트랜지스터의 반도체 소재로 사용될 수 있으므로, 본 발명의 방사선 저항성 금속산화물 반도체 조성물은 방사선 저항성 ZITO가 방사선 저항성 전자소자의 금속산화물 반도체층을 형성하는 것일 수 있다. 예컨대, 방사선 저항성 ZITO가 방사선 저항성 트랜지스터의 금속산화물 반도체층을 형성한 것일 수 있다.
트랜지스터(transistor)는 반도체를 이용하여 전자 신호 및 전력을 증폭하거나 스위칭하는 데 사용되는 반도체 소자이다. 트랜지스터는 전자기기를 구성하는 굉장히 흔한 기본 부품 중 하나이다. 전계효과 트랜지스터(field effect transistor, FET)는 게이트 전극에 전압을 걸어 채널의 전기장에 의하여 전자 또는 정공이 흐르는 관문(게이트)이 생기게 하는 원리로 소스, 드레인의 전류를 제어하는 트랜지스터이다.
예컨대, 방사선 저항성을 발휘하는 ZITO을 함유하는 방사선 저항성 금속산화물 반도체 조성물은, 구동 트랜지스터의 채널 물질, 메모리 소자의 주변회로를 구성하는 트랜지스터, 또는 선택 트랜지스터의 채널 물질로 적용될 수 있으며, 식품 포장을 위한 플라스틱 기재의 무기 배리어 코팅으로서 적용될 수 있다.
한편, 산화물 반도체층을 형성하기 위한 산화물 반도체막은 화학기상증착(CVD) 또는 물리기상증착(PVD) 방법을 통하여 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 ZITO 함유 금속산화물 반도체 조성물은 예컨대 ZITO를 소결하여 이루어지는 방사선 저항성 산화물 반도체 타깃일 수 있다.
본 발명에 따른 방사선 저항성 금속산화물 반도체 조성물은 ZITO 가 방사선 저항성을 발휘하도록 ZITO 의 조성이 Zn : In : Sn = 4 ~ 2 : 1 : 1 범위 내에서 조절하는 것이 특징이다. 예컨대, 방사선 저항성 ZITO 의 조성 조절은 TFT 소자에 반도체로 제작 전에 전구체 (precursor)를 제작하는 단계에서 조절 가능하다.
4면체 구조로 인하여 결합이 상대적으로 유연한 아연 (Zn)과 산소 공공을 억제시키는 주석 (Sn) 을 4 ~ 2 : 1 정도로 적절한 비율을 유지하면 외부에서 물질 내에 에너지를 가하였을 때 구조적 왜곡 현상을 완화시키거나 산소 공공 형성을 최소화할 수 있다. 여기에 전기적 특성을 증가시켜주는 인듐 (in)을 어느 정도 첨가시켰을 시에 전기적으로 고성능을 유지하면서 방사선과 같은 외부 에너지에 안정적이면서 고성능을 유지하는 금속산화물 반도체로 사용가능하다.
전계효과 트랜지스터에 양성자 조사시 절연체로 사용되는 SiO2의 경우 bias가 없으면 hole trapping이 산화물-절연체 계면을 제외하고는 일어나지 않고 양성자 조사에 의해 생성된 전자와 홀이 재결합한다. 산화물 반도체와 절연체 계면은 SiO2-Si와 달리 절연체가 반도체에 산소를 빼았겨 산소결함이 생기는 일이 없으므로 안정하다. 방사선에 의한 반도체 소자의 특성 변화가 절연체 및 절연체-반도체 계면에서 방사선에 의해 형성되는 포획 전하(trapped charge)에 의존하기 보다는, 양성자 조사에 의해 금속산화물 반도체 소재 자체가 받은 결함 발생, 즉 oxygen vacancy(산소 원자결함)의 생성 증가에 의한 것이다.
산화물 반도체 소재에 양성자를 조사했을 때 소자 특성이 변화하는 원인이 방사선 dose에 따른 산소원자 결함(oxygen vacancy)의 생성 증가에 의한 것이므로, 특정 방사선 dose에 따른 산소원자 결함(oxygen vacancy)의 생성 증가 정도를 확인하여 방사선 저항성이 있는 ZITO 함유 금속산화물 반도체 소재를 개발, 예컨대 방사선 저항성 ZITO 소재의 Zn : In : Sn 의 조성비를 설계할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 방사선 저항성 ZITO 함유 방사선 저항성 금속산화물 반도체 조성물의 제조방법은
특정 Zn : In : Sn 조성비의 ZITO 함유 금속산화물 반도체 소재 또는 이를 사용하여 제작된 소자에 양성자를 조사하여 금속산화물 반도체 소재 또는 금속산화물 반도체층 내 산소의 빈격자점(oxygen vacancy) 생성 여부 및 정도를 확인하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 방사선 저항성 ZITO 함유 방사선 저항성 금속산화물 반도체 조성물의 제조방법은 ZITO 함유 산화물 반도체 소재에 원하는 방사선 저항성/내구성 정도를 부여하기 위해 ZITO 함유 산화물 반도체 소재의 결정구조 및/또는 아연(Zn), 인듐(In) 및 주석(Sn)의 함량을 결정하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
ZITO 함유 산화물 반도체 소재에 원하는 방사선 저항성/내구성 정도를 부여하기 위해 ZITO 함유 금속산화물 반도체 소재 또는 이를 사용하여 제작된 소자에 양성자를 조사하여 금속산화물 반도체 소재 내 산소의 빈격자점 생성 여부 및 정도를 확인하여, ZITO 함유 산화물 반도체 소재의 결정구조 및/또는 아연(Zn), 인듐(In) 및 주석(Sn)의 함량을 결정할 수 있다.
예컨대, 특정 Zn : In : Sn 조성비의 ZITO 함유 금속산화물 반도체 소재를 둘 이상 준비하여, 각각 양성자 조사 후 산소의 빈격자점(oxygen vacancy) 생성 정도를 비교하여 상기 ZITO의 조성비 및/또는 결정구조를 선택할 수 있다. 이러한 비교 분석 없이도 소정의 양성자 조사 후 산소의 빈격자점(oxygen vacancy) 생성 정도가 원하는 기준을 만족하면 상기 ZITO의 조성비 및/또는 결정구조를 선택할 수 있다.
또한, 본 발명에 따라 ZITO 함유 금속산화물 반도체 소재를 사용하여 제작된 전자기기의 방사선 내구성 평가방법은,
ZITO 함유 금속산화물 반도체 소재를 사용하여 제작된 전자기기에 양성자를 조사하여 금속산화물 반도체층 내 산소의 빈격자점(oxygen vacancy) 생성 여부 및 정도를 확인하는 단계를 포함한다.
본 명세서에서, 산소의 빈격자점(oxygen vacancy) 생성 여부 및 정도는 분석하고자 하는 금속산화물 반도체 소재 또는 금속산화물 반도체층 내에 산소의 빈격자점(oxygen vacancy)이 있을 시 이로 인해 생성되는 자유전자들의 양을 확인할 수 있다.
따라서, 산소의 빈격자점 생성 여부 및 정도는 양성자 조사 전후 전자스핀공명(electron spin resonance; ESR)을 통해 산화물 반도체 소재 내의 산소의 빈격자점에서 야기된 자유전자로부터 발생되는 ESR 피크를 분석하고/분석하거나, XPS(X-ray photoelectron spectroscopy)을 통해 O vacancy peak 및/또는 M-OH peak를 분석하여 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 방사선 저항성 ZITO 함유 방사선 저항성 금속산화물 반도체 조성물의 제조방법 및/또는 본 발명에 따라 ZITO 함유 금속산화물 반도체 소재를 사용하여 제작된 전자기기의 방사선 내구성 평가방법은, 정확도를 높이기 위해 분석대상 ZITO 함유 금속산화물 반도체 소재를 채널층으로 사용하는 산화물 반도체 TFT 소자를 제작 후 양성자선, 감마선, 엑스선 조사 전후에 따른 turn-on voltage(Von)의 변화 정도를 확인하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일반적으로, 턴-온 전압은 트랜지스터에서 순방향 전압으로 전류가 흐를 때 강하되는 전압으로서, 박막 트랜지스터의 재료 종류에 따라 다른 값을 가진다. 또한, 박막 트랜지스터에 양성자 조사 후 턴-온 전압을 측정하면, 양성자 조사에 따른 추가적인 전자 생성에 의해 턴-온 전압 값이 (-) 쪽으로 이동한다.
전술한 바와 같이, 방사선으로 인해 물질 내에 결함이나 전자-정공 쌍 형성으로 인해 on voltage나 문턱전압, 이동도에 변화를 초래하게 된다. 따라서, 본 발명에서 “방사선 저항성”이란, on voltage나 문턱전압, 이동도가 최소한으로 변화하거나 거의 변화하지 않은 경우일 수 있다. 실제 방사선으로 인한 퇴화 문제를 겪고 있는 다양한 분야에서 각 분야마다 허용되는 변화 값과 필요로 하는 선량이 모두 다르므로, “방사선 저항성”을 수치 범위로 표현하기는 어렵다. 따라서, 각 사용분야에서 필요로 하는 선량에서 허용되는 변화 값 범위 내인 한 방사선 저항성을 발휘한다고 할 수 있다.
예컨대, 양성자선의 경우, XPS 분석을 통해 1014 cm-2의 방사선량으로 5 MeV 양성자 조사 전후에 XPS 피크를 분석하여 방사선으로 인하여 물질 내에 발생한 산소 빈격자점 (oxygen vacancy)생성 증가 비율이 20% 이내로 분석되면 양성자선에 대해 저항성을 발휘한다고 할 수 있다. 나아가, 이 수치가 적을수록 더 나은 저항성을 갖는다고 볼 수 있다. 또한, 반도체 물질로 TFT 소자 제작을 하여 양성자 조사 전후 전달곡선을 비교하였을 때 on voltage나 문턱전압의 변화가 +10 V ~ -10 V 이며 이동도 변화가 10배 미만으로 변화하게 되면 이 역시도 양성자 저항성을 발휘한다고 볼 수 있다.
예컨대, 감마선의 경우, XPS 분석을 통해 10 Mrad (100 Kgy)의 방사선량으로 1 MeV 감마선 조사 전후에 XPS 피크를 분석하여 방사선으로 인하여 물질 내에 발생한 산소 빈격자점 (oxygen vacancy)생성 증가 비율이 20% 이내로 분석되면 감마선에 대해 저항성을 발휘한다고 할 수 있다. 나아가, 이 수치가 적을수록 더 나은 저항성을 갖는다고 볼 수 있다. 또한, 반도체 물질로 TFT 소자 제작을 하여 감마선 조사 전후 전달곡선을 비교하였을 때 on voltage나 문턱전압의 변화가 +10 V ~ -10 V 이며 이동도 변화가 10배 미만으로 변화하게 되면 이 역시도 감마선 저항성을 발휘한다고 볼 수 있다.
예컨대, 엑스선의 경우, XPS 분석을 통해 10 Kgy의 방사선량으로 1 MeV 엑스선 조사 전후에 XPS 피크를 분석하여 방사선으로 인하여 물질 내에 발생한 산소 빈격자점 (oxygen vacancy)생성 증가 비율이 20% 이내로 분석되면 엑스선에 대해 저항성을 발휘한다고 할 수 있다. 나아가 이 수치가 적을수록 더 나은 저항성을 갖는다고 볼 수 있다. 또한, 반도체 물질로 TFT 소자 제작을 하여 엑스선 조사 전후 전달곡선을 비교하였을 때 on voltage나 문턱전압의 변화가 +10 V ~ -10 V 이며 이동도 변화가 10배 미만으로 변화하게 되면 이 역시도 엑스선 저항성을 발휘한다고 볼 수 있다.
본 발명은 또한, 방사선 노출시 성능저하 또는 오작동을 감소시키기 위해 전술한 본 발명의 방사선 저항성 ZITO 함유 방사선 저항성 금속산화물 반도체 조성물로 채널층이 형성된 것이 특징인 방사선 노출용 방사선 내구성 산화물 박막 트랜지스터(Thin film transistor, TFT)을 제공한다.
나아가, 본 발명은 방사선 노출시 성능저하 또는 오작동을 감소시키기 위해 전술한 본 발명의 방사선 저항성 ZITO 함유 방사선 저항성 금속산화물 반도체 조성물로 방사선 저항성 금속산화물 반도체층이 형성된 것이 특징인 방사선 노출용 방사선 내구성 전자기기를 제공한다.
본 발명에서 방사선 노출용 전자기기는 인공위성, 우주정거장 등 우주공간, 원자력 발전소, 또는 방사선을 이용하는 의료기기 또는 보안기기 사용공간에서 사용되는 전자기기일 수 있다. 상기 전자기기의 비제한적인 예로는 디스플레이(예, OLED, LCD), 센서(예, 이미지 센서), MEMS(Micro Electro Mechanical System), 전자종이, 전자피부, 태양 전지, RFID(Radio Frequency Identification) 태그 등일 수 있다.
본 발명에 따른 방사선 노출용 방사선 내구성 전자기기는 전술한 본 발명의 방사선 저항성 ZITO 함유 방사선 저항성 금속산화물 반도체 조성물로 채널층이 형성된 방사선 내구성 트랜지스터를 구비한 것일 수 있다.
본 발명에 따른 방사선 노출용 방사선 내구성 산화물 박막 트랜지스터 (TFT)는 방사선 노출용 방사선 내구성 전기신호 스위치로 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 방사선 노출용 방사선 내구성 전기기기는 예컨대, 본 발명에 따른 방사선 내구성 산화물 TFT를 전기신호 스위치로 사용하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 방사선 노출용 방사선 내구성 산화물 TFT는 OLED, LCD, 전자종이 등의 백플레인으로 사용 가능하다. 디스플레이는 전기적 신호를 받아 인간 눈으로 인지할 수 있는 광학적 신호를 제공하는 장치인데, 백플레인(backplane)은 디스플레이에서 광학 신호를 내는 소자에게 전기적 신호를 전달한다.
통상 전자 소자(electronic device)는 기판(substrate) 상에 하나 이상의 반도체 소자(semiconductor device)가 형성된 것일 수 있다. 이때, 반도체 소자는 박막 트랜지스터, 캐패시터(capacitor), 다이오드(diode), 발광소자(light emitting device), 능동형 유기 발광 소자(AMOLED, Active Matrix Organic Light-Emitting Diode), 유기발광소자 (organic light emitting device), 능동형 양자점 발광 소자(Active Matrix Quantum dot Light-Emitting Diode), 양자점 발광 소자(Quantum dot light-emitting diodes), 디스플레이(Display), 이차전지(secondary cell), 압전소자(piezoelectric element), 센서(sensor) 또는 태양전지(solar battery) 등이 있다. 바람직하게는, 반도체 소자는 산화물 반도체 박막 트랜지스터, 유기 발광 소자 또는 양자점 발광 소자일 수 있다.
반도체 소자로 사용되는 통합 센서는 다양한 센서를 통합한 기술로, 터치 센서, 지문 센서, 이미지 센서, 압력 센서, 근접 센서, 온도 센서 및 광센서 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 통합 센서는 능동형 유기 발광 소자 또는 능동형 유기 양자점 발광 소자와 같은 디스플레이와 통합된 센서를 포함할 수 있고, 통합될 수 있는 센서로는 터치 센서, 지문 센서, 이미지 센서, 압력 센서, 근접 센서, 온도 센서 및 광센서 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 통합 센서는 능동형 유기 발광 소자 또는 능동형 유기 양자점 발광 소자에 통합된 터치 센서를 포함할 수 있다. 터치 센서 구성은 터치 센서들이 표면 또는 그 일부와 직접적인 접촉(예를 들면, 터치) 또는 가까운 근접에 응답하는 표면을 포함할 수 있다.
또한, 터치 센서는 저항성, 광학, 표면 탄성, 또는 용량성 기술, 또는 그 임의의 조합을 이용할 수 있는 터치 작동되는 감지 기술들을 활용할 수 있고, 이것으로 제한되지 않는다.
한편, 하나 이상의 반도체 소자가 배열되어 반도체 소자 어레이 패턴을 형성할 수도 있다. 반도체 소자 어레이 패턴은 500μm 내지 5mm의 폭을 가질 수 있다. 예컨대, 전자 소자는 능동형 유기 발광 소자(AMOLED) 또는 센서 어레이 (sensor array)와 같이 용도에 따라 다양한 반도체 소자 및 회로를 포함할 수 있고, 이때, 형태, 크기 또는 패턴 방식의 다양화가 발생하게 되며, 이에 따라 폭이 상이한 반도체 소자 어레이 패턴을 포함함으로써, 응용 하고자 하는 어플리케이션(application)을 확대 할 수 있다.
기판은 실리콘 기판, 유리 기판 또는 금속 기판이 사용될 수 있고, 금속 기판으로는 순철을 많이 사용한 금속기판일수록 가격이 저렴하고, 나중에 식각이 용이하므로, 순철을 많이 함유한 금속이 유리하다. 또한, 반도체 소자는 플렉서블 기판 상에 배치될 수 있다.
ZITO(zinc-indium-tin oxide)는 유연성 기재(flexible substrates)에 증착 또는 용액공정으로 도포될 수 있다. 본 발명에 따른 ZITO 함유 산화물 반도체층은 스핀 코팅(Spin-coating), 슬릿 다이 코팅(Slit dye coating), 잉크젯 프린팅(Ink-jet printing), 스프레이 코팅(spray coating), 딥 코팅(dip coating) 등의 용액 공정을 이용하여 코팅되어 형성될 수 있다. 스핀 코팅은 기판 상에 용액을 일정량 떨어뜨리고 기판을 고속으로 회전시켜서 용액에 가해지는 원심력으로 코팅하는 방법이다.
플렉서블 기판은 산화물 반도체 박막 트랜지스터를 지지하기 위한 기판으로서, 가요성(flexibility)을 갖는 기판이 사용될 수 있고, 플렉서블 기판은 특정 방향으로 벤딩(bending) 또는 폴딩(folding)될 수 있으며, 예를 들어, 플렉서블 기판은 가로 방향, 세로 방향 또는 사선 방향으로 폴딩될 수 있다.
플렉서블 기판은 폴리이미드계 고분자, 폴리에스터계 고분자, 실리콘계 고분자, 아크릴계 고분자, 폴리올레핀계 고분자 또는 이들의 공중합체 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 플렉서블 기판은 폴리에스테르(Polyester), 폴리비닐(Polyvinyl), 폴리카보네이트(Polycarbonate), 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리아세테이트 (Polyacetate), 폴리이미드(Polyimide), 폴리에테르술폰(Polyethersulphone; PES), 폴리아크릴레이트 (Polyacrylate; PAR), 폴리에틸렌나프탈레이트(Polyethylenenaphthelate; PEN) 및 폴리에틸렌에테르프탈레이트 (Polyethyleneterephehalate; PET) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
한편, 스트레처블 일렉트로닉스(stretchable electronics)는 전자기기의 새로운 적용분야를 가능하게 하는 기술로 기대되고 있다. 잠재적인 적용분야로는 움직이는 로보틱(robotic) 장치를 위한 전자 스킨(electronic skins) 및 스킨 센서(skin sensors), 입을 수 있는(wearable) 전자장치, 이동통신기기, 생체융합(bio-integrated) 소자, 롤러블(rollable) 기기, 디포머블(deformable) 기기, 자동차용 디스플레이, 바이오 의료 및 e-skin 등이 있다. 또한, 디스플레이나 센서 어레이 등을 포함한 다양한 분야에서 스트레처블 소자는 유용하게 활용될 수 있다.
대표적인 스트레처블 일렉트로닉스는 신축성 기판에 디스플레이부를 형성하여 유연성을 부가한 스트레처블 디스 플레이 장치로서, 필요시 그 형태를 비틀거나 늘려 사용할 수 있는 매우 유용한 장점을 가지고 있다.
ZITO(zinc-indium-tin oxide)는 유연성 기재(flexible substrates)에 증착 또는 용액공정으로 도포될 수 있으므로, 차세대 디스플레이를 우주공간, 원자력발전소, 의료, 보안분야에도 적용가능하게 한다.
한편, 방사선 노출시 성능저하 또는 오작동을 감소시키기 위해 전술한 본 발명의 방사선 저항성 ZITO 함유 방사선 저항성 금속산화물 반도체 조성물로 채널층이 형성된 방사선 노출용 방사선 내구성 산화물 반도체 박막 트랜지스터를 제조하는 방법의 일례는 하기와 같다.
게이트 전극은 기판 상 게이트 도전막을 증착하고, 게이트 도전막 상에 포토레지스트 패턴을 형성한 후, 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 게이트 도전막을 선택적으로 식각(패터닝)함으로써 형성할 수 있다. 게이트 전극은 전기 전도도 물질인 금속 또는 금속 산화물을 포함할 수 있다.
게이트 전극 상에 게이트 절연막을 형성하고, 게이트 절연막 상에는 게이트 전극과 대응되도록 ZITO 함유 방사선 저항성 산화물 반도체층을 형성할 수 있다. 게이트 절연막은 게이트 전극과 산화물 반도체층을 절연시키는 역할을 한다.
본 발명에 따른 방사선 노출용 방사선 내구성 산화물 박막 트랜지스터(TFT)는 방사선 노출시 성능저하 또는 오작동을 감소시키기 위해 전술한 본 발명의 ZITO 함유 방사선 저항성 금속산화물 반도체 조성물을 사용하여 반도체 채널층을 형성하는 것이 특징이다.
따라서, 산화물 반도체층을 형성하기 위한 산화물 반도체막을 형성한 다음, 포토레지스트 패턴을 형성하고, 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 ZITO 함유 방사선 저항성 산화물 반도체막을 게이트 전극과 대응되도록 패터닝함으로써 형성할 수 있다.
산화물 반도체층을 형성하기 위한 산화물 반도체막은 화학기상증착(CVD) 또는 물리기상증착(PVD) 방법을 통하여 또는 용액공정으로 형성될 수 있다. 예컨대, 가장 일반적인 증착법은 스퍼터링법이며 그외에 물리적 레이져 증착법(pulsed laser deposition, PLD), 원자층 증착(atomic layer deposition, ALD), 유기금속화학 증착법(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD), 용액형 전구체를 스핀코팅한 후 열처리를 통해 박막을 형성하는 용액공정, 그리고 용액형의 전구체를 미스트 형체로 분사시켜 박막을 형성하는 MIST CVD 법 등이 있다.
산화물 반도체층은 ZITO 함유 방사선 저항성 물질을 포함하는 비정질(amorphous) 또는 다결정질(polycrystal)로 형성될 수 있다.
산화물 반도체층은 채널이 형성되는 채널 영역 및 소스/드레인 전극과 각각 연결되는 소스/드레인 영역을 포함할 수 있다.
산화물 반도체층의 일측에 소스 전극 및 드레인 전극을 형성할 수 있다. 소스 전극 및 드레인 전극은 산화물 반도체층 상에 서로 이격되어 형성될 수 있고, 각각 산화물 반도체층과 전기적으로 연결될 수 있다. 게이트 전극은 ZITO 함유 방사선 저항성 산화물 반도체층 상에 형성된 소스 전극 및 드레인 전극으로부터 수직 방향으로 0.1㎛ 내지 3㎛ 만큼 이격 되도록 형성될 수 있다.
소스 전극 및 드레인 전극은 방사선 저항성 산화물 반도체층을 포함하는 게이트 절연막 상에 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하기 위한 도전막(이하, 소스/드레인 도전막)을 증착하고, 소스/드레인 도전막 상에 포토레지스트 패턴을 형성한 후, 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 소스/드레인 도전막을 패터닝함으로써 형성할 수 있다.
소스 전극 및 드레인 전극 상에 패시베이션층이 형성할 수 있다. 패시베이션층은 게이트 절연층, 산화물 반도체층, 소스 전극 및 드레인 전극을 모두 덮도록(커버하도록) 형성할 수 있다. 패시베이션층은 보호층으로 사용되고, 게이트 절연층과 동일한 물질로 형성될 수 있다.
또한, 채널층 위에 유기 반도체 (OSC) 오버 레이어(overlayer)가 적용될 수 있다. 유기 반도체 (organic semiconductor, OSC) 오버 레이어(overlayer)를 적용하여 백-채널 결함을 효과적으로 패시베이션함으로써, 양성자 조사에 대해 비정질 산화물 반도체(amorphous oxide semiconductors, AOS)-기반의 TFT를 상당히 안정화시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 방사선 노출용 방사선 내구성 전자기기는 산화물 반도체에 대한 양성자 조사 손상을 완화시키기 위해 OSC 오버 레이어를 갖는 안정한 비정질 산화물 반도체 TFT를 구비할 수 있다.
본 발명을 이용하면, 양성자, 중성자, 감마선 등의 많은 양의 방사선에 노출되는 공간인 우주공간 또는 원자력 발전소에서 오작동 없이 사용될 수 있는, 방사선 저항성 산화물 반도체 조성물; 상기 방사선 저항성 산화물 반도체 조성물로 반도체 채널층을 형성한 방사선 저항성 박막 트랜지스터(TFT); 및 상기 TFT에 의해 구동되는 방사선 내구성 전자기기를 제공할 수 있다.
본 발명은 우주공간, 원자력 발전소, 또는 방사선을 이용하는 의료기기 또는 보안기기 사용공간에서 사용되는 방사선 노출용 전자기기가 방사선 저항성을 발휘하는 ZITO을 함유하는 방사선 저항성 금속산화물 반도체 조성물을 사용함으로써, 방사선에 의한 손상을 방지하여, 소자의 전기적 특성(예, turn-on voltage(Von)), 장치의 수명 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 ZITO 산화물 반도체 소재를 채널층으로 사용하는 TFT 및 상기 소자에 양성자를 조사하는 모식도를 나타낸 것이다.
도 2는 1013 및 1014 cm-2의 방사선량으로 5 MeV 양성자 조사 전후 양성자 소자 dose에 따른 (a) ZITO (8:1:1), (b) ZITO (6:1:1), (c) ZITO (4:1:1), (d) ZITO (2:1:1) 소자 특성 변화, ZITO 산화물 반도체 박막의 Vg-Id 변화를 나타낸 것이다.
도 3은 1013 및 1014 cm-2의 방사선량으로 5 MeV 양성자 조사 전후 양성자 소자 dose에 따른, 대조군으로서 GSZO (1:3:6, 1:2:7), GTO (4:6), GITO (2:1:1) 산화물 기반 박막트랜지스터의 Vg-Id 변화를 나타낸 것이다.
도 4는 감마선, 엑스선 조사에 따른 ZITO (2:1:1) 소자 특성 변화, ZITO 산화물 반도체 박막의 Vg-Id 변화를 나타낸 것이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
제조예 1:
도 1과 같이, 심하게 N-도핑된 실리콘 웨이퍼(n++-Si)를 게이트 전압으로 사용하고, 열 성장시킨 300 nm SiO2 층을 게이트 절연체로 사용하면서, 저비용으로 대면적화 가능한 스핀 코팅 기법을 이용한 용액공정을 통하여 ZITO (8:1:1, 6:1:1, 4:1:1, 2:1:1) 산화물 기반 채널층으로 사용하는 TFT를 제작하였다.
이때, ZITO 산화물 기반 채널층 형성 공정은 다음과 같다.
zinc acetate dihydrate, indium chloride, tin chloride pentahydrate 물질을 2-methoxyethanol에 녹여 ZITO 조성 비율을 조절한 후, 안정제로 ethanolamine을 첨가하여 스핀 코팅 전구체 용액을 제작하였다. 이때 총 금속 몰 농도는 0.075 M로 제작하였다. 이후 스핀 코팅 기법으로 코팅 후 400도 가량에서 고온 annealing을 가하여 박막을 형성하여 채널층으로 사용하였다.
실시예 1: 양성자 조사에 따른 ZITO 소자 특성 변화
제조예 1에서 제작된 다양한 조성의 ZITO 채널층 구비 TFT 소자에 5 MeV의 양성자를 각각 1013, 1014 cm-2 dose 조사한 후, 양성자 조사에 따른 TFT 소자의 특성 변화를 확인하였다.
도 2에서 알 수 있듯이, ZITO 산화물 기반 박막트랜지스터는 기존에 보고된 다른 산화물 (IGZO, ZnO, ZTO)에 비해 전체적으로 모든 ZITO 조성 비율에서 양성자에 월등한 안정성을 보인다. 특히, ZITO (4:1:1)에 경우는 그 중에서도 가장 뛰어난 안정성을 보인다. 트랜지스터 성능을 평가하는 파라미터인 on voltage (Von), 문턱전압 (Vth), 이동도 (μ) 를 확인해보아도 1014 cm-2 dose 수준까지 거의 변하지 않았다.
반면에, 도 3에 나타난 바와 같이 대조군으로 GSZO (1:3:6, 1:2:7), GTO (4:6), GITO (2:1:1) 산화물 기반 박막트랜지스터는 ZITO (4:1:1)에 비하여 현저하게 낮은 양성자 저항성을 보인다. GSZO (1:3:6, 1:2:7) 와 GITO (2:1:1) 경우, 트랜지스터 성능을 평가하는 파라미터인 on voltage (Von), 문턱전압 (Vth), 이동도 (μ) 를 확인했을 때 1013 cm-2 dose 부터 on voltage (Von)와 문턱전압 (Vth)이 음의 방향으로 증가하더니 1014 cm-2 dose 에서 완전히 conducting 해지는 것을 확인할 수 있다. GTO (4:6)에 경우에는 GSZO 와 GITO에 비해 약간에 안정성을 보이지만 1014 cm-2 dose 에서 on voltage (Von)이 음의 방향으로 약 40 V 정도 이동하여 ZITO (4:1:1)에 비해서는 현저하게 방사선 저항성이 떨어지는 것을 확인하였다.
실시예 2: 감마선 조사에 따른 ZITO 소자 특성 변화
제조예 1에서 제작된 다양한 조성의 ZITO 채널층 구비 ZITO 를 채널층으로 사용하는 TFT 에 1 MeV의 감마선을 10M rad (100 Kgy), 10 MeV 엑스선을 10 Kgy 수준으로 조사하여 소자의 전기적 안정성을 확인하였다.
도 4에서 알 수 있듯이, 특히, ZITO (2:1:1) 산화물 기반 박막트랜지스터 감마선, 엑스선에도 뛰어난 안정성을 보였다. 감마선에 경우 10 Mrad 수준까지 조사하였을 때, 9 cm2/Vs에서 6.6 cm2/Vs 로 약간의 이동도 감소와 4 V 정도로 on voltage와 문턱전압 변화를 보였고 엑스선은 10 Kgy 수준까지 조사하였을 때 이동도와 문턱전압 변화가 거의 없는 것을 확인하였다.

Claims (16)

  1. 방사선 저항성을 발휘하는 ZITO(zinc-indium-tin oxide)을 함유하는 방사선 저항성 금속산화물 반도체 조성물.
  2. 제1항에 있어서, ZITO는 양성자선, 감마선 및 엑스선 모두에 저항성을 발휘하는 것이 특징인 방사선 저항성 금속산화물 반도체 조성물.
  3. 제1항에 있어서, ZITO 가 방사선 저항성을 발휘하도록 ZITO 의 조성은 원자 수로 산출된 비율이 Zn : In : Sn = 4 ~ 2 : 1 : 1 범위 내에서 조절된 것이 특징인 방사선 저항성 금속산화물 반도체 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 방사선 저항성 ZITO는 방사선 저항성 전자소자의 금속산화물 반도체층을 형성하는 것이 특징인 방사선 저항성 금속산화물 반도체 조성물.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 방사선 저항성 ZITO는 방사선 저항성 트랜지스터의 금속산화물 반도체층을 형성하는 것이 특징인 방사선 저항성 금속산화물 반도체 조성물.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, ZITO를 소결하여 이루어지는 방사선 저항성 산화물 반도체 타깃인 것이 특징인 방사선 저항성 금속산화물 반도체 조성물.
  7. 방사선 노출시 성능저하 또는 오작동을 감소시키기 위해 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 방사선 저항성 ZITO 함유 방사선 저항성 금속산화물 반도체 조성물로 채널층이 형성된 것이 특징인 방사선 노출용 방사선 내구성 산화물 박막 트랜지스터(Thin film transistor, TFT).
  8. 방사선 노출시 성능저하 또는 오작동을 감소시키기 위해 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 방사선 저항성 ZITO 함유 방사선 저항성 금속산화물 반도체 조성물로 방사선 저항성 금속산화물 반도체층이 형성된 것이 특징인 방사선 노출용 방사선 내구성 전자기기(electronics).
  9. 제8항에 있어서, 방사선 노출용 전자기기는 우주공간, 원자력 발전소, 또는 방사선을 이용하는 의료기기 또는 보안기기 사용공간에서 사용되는 전자기기인 것이 특징인 방사선 노출용 방사선 내구성 전자기기.
  10. 삭제
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 방사선 저항성 ZITO 함유 방사선 저항성 금속산화물 반도체 조성물의 제조방법에 있어서,
    특정 Zn : In : Sn 조성비의 ZITO 함유 금속산화물 반도체 소재 또는 이를 사용하여 제작된 소자에 양성자를 조사하여 금속산화물 반도체 소재 또는 금속산화물 반도체층 내 산소의 빈격자점(oxygen vacancy) 생성 여부 및 정도를 확인하는 단계를 포함하는 것이 특징인 ZITO 함유 방사선 저항성 금속산화물 반도체 조성물의 제조방법.
  12. ZITO 함유 금속산화물 반도체 소재를 사용하여 제작된 전자기기의 방사선 내구성 평가방법에 있어서,
    ZITO 함유 금속산화물 반도체 소재를 사용하여 제작된 전자기기에 양성자를 조사하여 금속산화물 반도체층 내 산소의 빈격자점(oxygen vacancy) 생성 여부 및 정도를 확인하는 단계를 포함하는 것이 특징인 전자기기의 방사선 내구성 평가방법.
  13. 제11항에 있어서, 산소의 빈격자점(oxygen vacancy) 생성 여부 및 정도는 분석하고자 하는 금속산화물 반도체 소재 또는 금속산화물 반도체층 내에 산소의 빈격자점(oxygen vacancy)이 있을 시 이로 인해 생성되는 자유전자들의 양을 확인하는 것이 특징인 ZITO 함유 방사선 저항성 금속산화물 반도체 조성물의 제조방법.
  14. 제11항에 있어서, 산소의 빈격자점(oxygen vacancy) 생성 여부 및 정도는 양성자 조사 전후 전자스핀공명(electron spin resonance; ESR)을 통해 금속산화물 반도체 소재 내의 산소의 빈격자점에서 야기된 자유전자로부터 발생되는 ESR 피크를 분석하고/분석하거나, XPS(X-ray photoelectron spectroscopy)을 통해 O vacancy peak 및/또는 M-OH peak를 분석하여 수행하는 것이 특징인 ZITO 함유 방사선 저항성 금속산화물 반도체 조성물의 제조방법.
  15. 제12항에 있어서, 추가로 분석대상 ZITO 함유 금속산화물 반도체 소재를 채널층으로 사용하는 산화물 반도체 TFT 소자를 제작 후 양성자선, 감마선, 엑스선 조사 전후에 따른 turn-on voltage(Von)의 변화 정도를 확인하는 단계를 포함하는 것이 특징인 전자기기의 방사선 내구성 평가방법.
  16. 제11항에 있어서, ZITO 함유 산화물 반도체 소재에 원하는 방사선 저항성 정도를 부여하기 위해 ZITO 함유 산화물 반도체 소재의 결정구조 및/또는 아연(Zn), 인듐(In) 및 주석(Sn)의 함량을 결정하는 단계를 더 포함하는 것이 특징인 ZITO 함유 방사선 저항성 금속산화물 반도체 조성물의 제조방법.
KR1020190044445A 2019-04-16 2019-04-16 Zito를 함유하는 방사선 저항성 금속산화물 반도체 조성물 및 이의 제법 및 용도 KR102245272B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190044445A KR102245272B1 (ko) 2019-04-16 2019-04-16 Zito를 함유하는 방사선 저항성 금속산화물 반도체 조성물 및 이의 제법 및 용도
US16/849,256 US20200335454A1 (en) 2019-04-16 2020-04-15 Radiation-resistant metal oxide semiconductor composition containing zinc-indium-tin oxide, and preparation method and use thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190044445A KR102245272B1 (ko) 2019-04-16 2019-04-16 Zito를 함유하는 방사선 저항성 금속산화물 반도체 조성물 및 이의 제법 및 용도

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200121955A KR20200121955A (ko) 2020-10-27
KR102245272B1 true KR102245272B1 (ko) 2021-04-28

Family

ID=72830878

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190044445A KR102245272B1 (ko) 2019-04-16 2019-04-16 Zito를 함유하는 방사선 저항성 금속산화물 반도체 조성물 및 이의 제법 및 용도

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20200335454A1 (ko)
KR (1) KR102245272B1 (ko)

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10644163B2 (en) * 2008-08-27 2020-05-05 Idemitsu Kosan Co., Ltd. Semiconductor film comprising an oxide containing in atoms, Sn atoms and Zn atoms
US9035301B2 (en) * 2013-06-19 2015-05-19 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Imaging device

Also Published As

Publication number Publication date
US20200335454A1 (en) 2020-10-22
KR20200121955A (ko) 2020-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9184300B2 (en) Transistor, method of manufacturing the same, and electronic device including transistor
Kang et al. Simple hydrogen plasma doping process of amorphous indium gallium zinc oxide-based phototransistors for visible light detection
Ju et al. Low operating voltage single ZnO nanowire field-effect transistors enabled by self-assembled organic gate nanodielectrics
KR102355112B1 (ko) 촬상 장치
Chen et al. High-performance X-ray detector based on single-crystal β-Ga2O3: Mg
JP5258475B2 (ja) 薄膜電界効果型トランジスタ
US9741864B2 (en) Thin-film transistor and method for manufacturing same
Min et al. Switching enhancement via a back-channel phase-controlling layer for p-type copper oxide thin-film transistors
US10079313B2 (en) Graphene electronic device having channel layer including graphene islands and method of fabricating the same
Lee et al. Ultrahigh-mobility and solution-processed inorganic P-channel thin-film transistors based on a transition-metal halide semiconductor
Lee et al. High‐Performance Amorphous Multilayered ZnO‐SnO2 Heterostructure Thin‐Film Transistors: Fabrication and Characteristics
Kim et al. Multifunctional oxygen scavenger layer for high-performance oxide thin-film transistors with low-temperature processing
Mude et al. High performance of solution-processed amorphous p-channel copper-tin-sulfur-gallium oxide thin-film transistors by UV/O3 photocuring
CN104218096A (zh) 钙钛矿结构的无机金属氧化物半导体薄膜及其金属氧化物薄膜晶体管
KR102016157B1 (ko) 투명 플렉시블 디스플레이용 저온에서 제조된 강유전성 공중합체를 전개한 고성능 용액 공정 아연-주석-산화물 박막 트랜지스터 및 그 zto tft 소자 봉지 공정 방법
Im et al. Analysis of interface phenomena for high-performance dual-stacked oxide thin-film transistors via equivalent circuit modeling
Bukke et al. Nano-scale Ga2O3 interface engineering for high-performance of ZnO-based thin-film transistors
KR20190000785A (ko) 열처리 또는 자외선 처리를 이용한 산화물 반도체 다이오드
Yatsu et al. Highly stable oxide thin-film transistor-based complementary logic circuits under X-ray irradiation
KR102245272B1 (ko) Zito를 함유하는 방사선 저항성 금속산화물 반도체 조성물 및 이의 제법 및 용도
Lu et al. Homojunction structure amorphous oxide thin film transistors with ultra-high mobility
Lin et al. Enhanced electrical and mechanical performance of InSnZnO TFTs with multifunctional laminated organic passivation layer
Zhou et al. High-performance and operationally stable organic thin-film transistors using bi-buffer layers with low-cost electrodes
KR20160030767A (ko) 갈륨을 포함하는 p형 산화물 반도체를 이용한 유기 발광 다이오드 및 이의 제조 방법
US9012909B2 (en) Oxide semiconductor, oxide semiconductor thin film, and thin film transistor including the same

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant