KR20180105340A - Thin-film transistor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 LCD, OLED(유기표시장치) 및 투명 디스플레이 등에서 구동소자로 사용되는 박막트랜지스터에 관한 것으로, 특히 채널층으로 투명한 In(1-X)ZnXO 산화물을 사용하고, 게이트 전극, 소오스 전극 및 드레인 전극들의 일부 또는 전부를 투명한 In(1-X)ZnXO 산화물로 형성하여 제공되는 박막트랜지스터에 관한 것이다.The present invention relates to a thin film transistor used as a driving element in LCDs, OLEDs (organic display devices) and transparent displays, and more particularly to a thin film transistor using In (1-x) Zn x O oxide transparent to a channel layer, And a part or all of the drain electrodes are formed of a transparent In (1-X) Zn x O oxide.
박막트랜지스터는 일종의 전계효과 트랜지스터(field effect transistor: FET)의 한 종류로 정의할 수 있으며, 구조는 전계효과 트랜지스터와 마찬가지로 채널층(활성화층, active layer), 게이트 절연층, 소오스-드레인 전극과 게이트 전극으로 나누어지며 주로 스위칭 동작을 주된 기능으로 한다.Thin film transistors can be defined as a kind of a field effect transistor (FET). The structure of the thin film transistor is similar to that of a field effect transistor in that a channel layer (active layer), a gate insulating layer, a source- Electrodes are divided into electrodes and mainly use switching operation.
상기 박막트랜지스터의 동작 원리는 소오스-드레인 사이에 흐르는 전류를 게이트 전극에 인가되는 전압을 이용하여 스위칭함으로써 상기 소오스- 드레인 사이에 흐르는 전류를 조절한다.The operation principle of the thin film transistor controls a current flowing between the source and the drain by switching the current flowing between the source and the drain using a voltage applied to the gate electrode.
상기 박막트랜지스터는 센서, 기억소자, 광소자 등에도 응용되지만 주 사용 분야는 능동구동(active matrix: AM) 방식의 평판 디스플레이의 화소 스위칭 소자이다. 현재 디스플레이 장치에 주로 사용되고 있는 박막트랜지스터는 비정질 실리콘이나 다결정질 실리콘을 여러 가지 반도체 공정을 이용하여 성장시켜 사용하고 있다.The thin film transistor is applied to a sensor, a memory element, an optical element, and the like, but the main application field is a pixel switching element of an active matrix (AM) type flat panel display. Thin film transistors, which are mainly used in display devices, are grown using amorphous silicon or polycrystalline silicon using various semiconductor processes.
그러나, 이러한 실리콘은 에너지 밴드갭이 낮아 가시광선보다 에너지가 낮은 적외선 영역부터 흡수를 시작하여, 가시광선 영역도 전부 흡수를 함으로 불투명한 성질을 띠게 된다. 이러한 불투명박막트랜지스터를 이용할 경우 LCD나 유기발광표시장치에서 개구율이 감소하고 소비전력이 증가하는 문제점이 있다.However, since such an energy band gap of silicon is low, absorption starts from an infrared region where energy is lower than that of visible light, and it is opaque due to absorption of all the visible light region. When such an opaque thin film transistor is used, there is a problem that the aperture ratio is reduced and power consumption is increased in an LCD or an organic light emitting display.
또한, 종래의 3eV 이상의 밴드갭을 갖는 ZnO, Zn(1-X)MgXO, ZnSnO, CuAlO2 및 기타 산화물 계열을 사용할 경우 상온증착법으로는 투명성, 전기적 특성, 비정질에 의한 균인한 박막형성 특성을 얻기가 불가능하다. 따라서, 상온증착으로도 투명성, 전기적 특성, 비정질에 의한 균인한 박막형성 등의 우수한 특성을 가지는 물질을 이용하여 LCD나 유기발광표시장치에서의 개구율 및 소비전력을 향상시키기 위한 노력이 계속되고 있다.In addition, when ZnO, Zn (1-x) Mg x O, ZnSnO, CuAlO 2 and other oxide series having a bandgap of 3 eV or more are used, the room temperature deposition method has transparency, electrical characteristics, It is impossible to obtain. Accordingly, efforts have been made to improve the aperture ratio and power consumption of LCDs and organic light emitting display devices by using materials having excellent properties such as transparency, electrical characteristics, and uniform thin film formation by amorphous materials at room temperature deposition.
종래의 불투명박막트랜지스터의 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은, 박막트래지스터의 구성요소인 채널층, 게이트 절연층, 게이트 전극, 소오스 전극 및 드레인 전극을 투명한 산화물 재료를 사용하여 박막트랜지스터를 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the problems of the conventional opaque thin film transistor, the present invention provides a thin film transistor using a transparent oxide material as a channel layer, a gate insulating layer, a gate electrode, a source electrode and a drain electrode, .
또한, 가시광 영역에서 평균 80% 정도의 투과도와 디스플레이 구동소자로서의 전류-전압 특성 나타내는 투명박막트랜지스터를 통하여 종래 불투명박막트랜지스터의 개구율 감소와 높은 소비전력 등의 단점을 보완하여 차후 투명디스플레이의 구동소자로 사용될 수 있는 박막트랜지스터를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, through the transparent thin film transistor showing the transmittance of about 80% on the average in the visible light region and the current-voltage characteristic as the display driving element, defects such as decrease of the aperture ratio and high power consumption of the conventional opaque thin film transistor are compensated, It is an object of the present invention to provide a thin film transistor which can be used.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 절연성 기판, 상기 절연성 기판 위에 적층되는 게이트 전극, 상기 게이트 전극을 감싸도록 상부에 적층되는 투명한 게이트 절연막, 상기 게이트 절연막 위에 형성되는 투명 채널층, 및 상기 투명 채널층 위에 소오스 전극, 드레인 전극을 포함하여 형성되는 투명 전극층을 포함하는 박막트랜지스터에 있어서, 상기 투명 채널층, 게이트 전극, 소오스 전극, 드레인 전극 중 적어도 어느 하나는 In(1-X)ZnXO 재질로 형성되는 박막트랜지스터를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an organic light emitting display comprising an insulating substrate, a gate electrode stacked on the insulating substrate, a transparent gate insulating film stacked on the gate electrode to surround the gate electrode, a transparent channel layer formed on the gate insulating film, A source electrode, and a drain electrode, wherein at least one of the transparent channel layer, the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode is made of an In (1-x) Zn x O material The thin film transistor includes a first electrode and a second electrode.
바람직하게는, 상기 In(1-X)ZnXO의 조성범위는 x가 10보다 큰 것이 바람직하다.Preferably, the composition range of In (1-X) Zn x O is preferably larger than 10.
또한, 상기 절연성 기판은 유리 또는 플라스틱으로 형성될 수 있다.The insulating substrate may be formed of glass or plastic.
본 발명은, 박막트래지스터의 구성요소인 채널층, 게이트 절연층, 게이트 전극, 소오스 전극 및 드레인 전극을 투명한 산화물 재료를 사용하여 투명한 박막트랜지스터장치를 제공한다.The present invention provides a transparent thin film transistor device using a transparent oxide material as a channel layer, a gate insulating layer, a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode, which are components of a thin film transistor.
상기 본 발명의 박막트랜지스터는 가시광 영역에서 평균 80% 정도의 투과도와 디스플레이 구동소자로서의 전류-전압특성을 가지고 있음으로, 종래 불투명박막트랜지스터의 개구율 감소와 높은 소비전력 등의 단점을 보완하고 차후 투명디스플레이의 구동소자로 사용될 수 있다.Since the thin film transistor of the present invention has an average transmittance of about 80% in a visible light region and a current-voltage characteristic as a display driving element, it is possible to compensate for drawbacks such as a decrease in aperture ratio and a high power consumption of a conventional opaque thin film transistor, As shown in FIG.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 박막트랜지스터의 구조를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 박막트랜지스터에 있어서, 채널층과 전극층을 같은 In(1-X)ZnXO 재질로 형성할 경우의 전도도를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 박막트랜지스터의 가시광영역에서의 투과도를 나타낸 도면.
도 4 및 도 5는 본 발명의 박막트랜지스터의 전류-전압 특성을 나타낸 도면.1 is a cross-sectional view illustrating the structure of a thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph showing conductivity when a channel layer and an electrode layer are formed of the same In (1-X) ZnXO material in the thin film transistor of the present invention.
3 is a diagram showing the transmittance of the thin film transistor in the visible light region of the present invention.
4 and 5 are diagrams showing the current-voltage characteristics of the thin film transistor of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
본 발명과 본 발명의 동작성의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the advantages of the present invention and the advantages of the present invention and the objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings and the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the relevant art and are to be interpreted as ideal or overly formal in meaning unless expressly defined in the present application Do not.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 박막트랜지스터의 구조를 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a structure of a thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 박막트랜지스터는 절연성 유리기판(1) 위에 게이트 전극(2)을 적층하고, 상기 게이트 전극(2)을 감싸도록 투명한 게이트 절연막(3)을 상부에 적층하고, 상기 게이트 절연막(3) 위에 투명 채널층(4)을 형성하고, 상기 투명 채널층(4) 위에 소오스 전극(5), 드레인 전극(6)의 투명 전극층이 형성된 구조로 이루어지며, 상기 투명 채널층(4), 게이트 전극(2), 소오스 전극(5), 드레인 전극(6) 중 적어도 어느 하나는 In(1-X)ZnXO 재질로 형성된다.1, the thin film transistor of the present invention includes a
상기 In(1-X)ZnXO의 조성범위는 x가 10보다 큰 것이 바람직하다.The composition range of In (1-x) Zn x O is preferably x greater than 10.
상기 박막트랜지스터의 동작 원리는 소오스 전극(5)과, 드레인 전극(6) 사이에 흐르는 전류를 게이트 전극(2)에 인가되는 전압을 이용하여 스위칭함으로써 상기 소오스 전극(5)과 드레인 전극(6) 사이에 흐르는 전류를 조절한다.The operation principle of the thin film transistor is achieved by switching the current flowing between the
이하, 상기 실시예에 따른 박막트랜지스터의 개구율 및 소비전력 측정을 위한 실제 구현된 박막트랜지스터의 규격 및 성능을 도면을 참조하여 기술한다.Hereinafter, dimensions and performance of an actual implemented thin film transistor for measuring the aperture ratio and power consumption of the thin film transistor according to the embodiment will be described with reference to the drawings.
본 발명의 박막트랜지스터에서, 상기 투명 채널층(4), 게이트 전극(2), 소오스 전극(5), 드레인 전극(6) 및 게이트 절연막(3) 등의 구성요소는 상온에서 박막증착이 가능함으로 상기 박막트랜지스터의 베이스를 형성하는 기판은 유리나 플라스틱으로 제조될 수 있다.In the thin film transistor of the present invention, components such as the
또한, 상기 게이트 절연막(3)은 Al2O3 절연산화물을 RF 마그네트론 스퍼터링(Magnetron Sputtering)을 이용하여 상온에서 100nm 두께로 증착한 비정질의 막으로 형성된다.In addition, the
또한, 상기 투명 채널층(4)과 게이트 전극(2), 소오스 전극(5), 드레인 전극(6) 역시 In(1-X)ZnXO을 RF 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 증착 형성되며, 그 두께가 상기 투명 채널층(4)은 60nm, 소오스 전극(5)과 드레인 전극(6)의 전극층은 100nm로 형성된다.Also, In (1-x) Zn x O is deposited by RF magnetron sputtering to form the
상기 투명 채널층(4)을 사용한 투명트랜지스터에서 투명전극으로 ITO 전극을 사용할 수도 있으나, 상기 투명 채널층(4)으로 사용한 In(1-X)ZnXO 조성을 그대로 게이트 전극(2), 소오스 전극(5) 및 드레인 전극(6) 등의 투명전극에 사용하여 제조 비용을 절감하고, 생산과정을 단순화할 수 있다.An ITO electrode may be used as a transparent electrode in the transparent transistor using the
보다 상세히, In(1-X)ZnXO 재질을 ITO 대신에 투명전극으로 사용함으로써 고가의 인듐(Indium)을 대체하여 비용절감의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 종래의 채널층과 투명전극으로 서로 다른 물질을 사용하는 박막트랜지스터와 비교하여, 채널층과 투명전극을 동일한 In(1-X)ZnXO 재질로 사용함으로써 공정 및 공정장비의 단순화를 얻을 수 있다. 상기 In(1-X)ZnXO 재질은 상온증착으로도 투명성, 전기적 특성, 비정질에 의한 균인한 박막 형성 등의 우수한 특성을 가질 수 있으며, 상기 In(1-X)ZnXO 재질을 채널층과 투명전극으로 사용하기 위한 전도도 조절은 박막 증착시의 산소 분위기조절만으로 가능하다.More specifically, by using In (1-X) Zn x O as a transparent electrode instead of ITO, it is possible to obtain a cost saving effect by replacing expensive indium. In addition, as compared with a conventional thin film transistor using a different material for a channel layer and a transparent electrode, the use of the same In (1-x) Zn x O material as the channel layer and the transparent electrode makes it possible to simplify the process and process equipment . The In (1-X) Zn X O material at room temperature evaporation in Fig can have excellent characteristics, such as bacteria from the thin film formation by the transparency, electrical properties, the amorphous, channel the In (1-X) Zn X O Material Conductivity control for use as a layer and a transparent electrode is possible only by controlling the oxygen atmosphere during thin film deposition.
도 2는 본 발명의 박막트랜지스터에 있어서, 채널층과 전극층을 같은 In(1-X)ZnXO 재질로 형성할 경우의 전도도를 나타낸 도면이다.FIG. 2 is a graph showing the conductivity when the channel layer and the electrode layer are formed of the same In (1-X) Zn X O material in the thin film transistor of the present invention.
도 2를 참조하면, In(1-X)ZnXO 재질을 채널층과 전극층으로 사용할 경우 전도도는 RF 마그네트론 스퍼터링 공정의 산소분압비로 조절할 수 있다. 전극층으로 In(1-X)ZnXO 재질을 사용할 경우 Ar과 산소비를 1:0 또는 1000:1의 비율로 공정분위기를 조절하고, 채널층은 Ar과 산소비를 125:1의 비유로 공정분위기를 조절할 수 있다.Referring to FIG. 2, when the In (1-x) Zn x O material is used as the channel layer and the electrode layer, the conductivity can be controlled by the oxygen partial pressure ratio of the RF magnetron sputtering process. When the In (1-x) Zn x O material is used as the electrode layer, the process atmosphere is controlled at a ratio of 1: 0 or 1000: 1 between Ar and acid consumption, and the channel layer has a ratio of Ar and acid consumption of 125: The process atmosphere can be controlled.
도 3은 본 발명의 박막트랜지스터의 가시광영역에서의 투과도를 나타낸 도면이다.3 is a diagram showing the transmittance of the thin film transistor in the visible light region of the present invention.
도 3을 참조하면, 상기 박막트랜지스터에 적용된 In(1-X)ZnXO 재질의 측정된 옵티컬 밴드갭(Optical Bandgap)은 3.1eV 이상의 값을 나타내고, In(1-X)ZnXO 재질의 투과도는 가시광선영역에서 평균 80% 정도를 나타내는 새로운 박막트랜지스터가 제안된다.3, the measured optical bandgap of the In (1-x) Zn x O material applied to the thin film transistor shows a value of 3.1 eV or more, and the In (1-x) Zn x O material A new thin film transistor is proposed which shows an average transmittance of about 80% in the visible region.
도 4 및 도 5는 본 발명의 박막트랜지스터의 전류-전압 특성을 나타낸 도면이다.4 and 5 are graphs showing the current-voltage characteristics of the thin film transistor of the present invention.
도 4를 참조하면, 게이트 전극(2)의 전압에 따른 드레인 전극(6)의 전류-전압 특성이 도시된다. 상기 드레인 전극(6)의 전압을 0V에서 10V까지 인가하며, 게이트 전극(2)의 전압은 1V 단위로 0V에서 5V까지 인가하여 상기 드레인 전극(6)에서의 전류 변화를 측정한다. 도 3에서와 같이 드레인 전극(6)의 전류는 게이트 전극(2)의 전압이 증가함에 따라 포화 특성을 나타내며, n-채널 박막트랜지스터의 구동 특성을 잘 나타낸다. 드레인 전극(6) 전압 10V에 게이트 전극(2) 전압 5V를 인가했을 때 포화전류는 1.41μA를 나타낸다. 1V 단계의 작은 게이트 전극(2)의 전압변화에도 박막트랜지스터가 작동함을 나타낸다.Referring to FIG. 4, the current-voltage characteristic of the
도 5를 참조하면, 본 발명의 박막트랜지스터에서 드레인 전극(6)의 전압이 10V일 때 게이트 전극(2)의 전압에 따른 드레인 전극(6)의 전류 변화가 도시된다. 상기 박막트랜지스터는 핀치오프(pinch-off) 현상을 나타내며, 소자의 on/off 비는 2.7×105이다. 상기 드레인 전극(6)의 전압 10V에 게이트 전극(2)의 전압 15V를 인가했을 때 최대포화전류는 15μA를 나타낸다. 상기 드레인 전극(6)의 전류 포화 영역에서 문턱 전압과 전계 효과 이동도는 IDS 1 /2와 Vt가 직선 관계를 나타내므로 IDS 1/2-VGS 곡선을 플롯(plot)하여 직선영역을 나타내는 곳을 연장하여 드레인 전극(6)의 전류가 0이 되는 곳까지 외삽시켜 문턱 전압(Vt)을 구할 수 있다. 이에 따르면 상기 문턱 전압은 1.1V를, Al2O3를 적용한 게이트 전극(2)의 누설 전류는 0.1nA 이하를 나타낸다.Referring to FIG. 5, the current change of the
상기 설명한 본 발명에서와 같이 새로운 박막트랜지스터용 소재가 개발되면 가시광선을 흡수하지 않고 투과시킴으로써 트랜지스터 설계에 있어서 다양한 디자인이 가능하게 될 뿐만 아니라, 투명디스플레이 등 차세대 디스플레이의 발전을 가져올 수 있다. As described above, when a new thin film transistor material is developed, various designs can be made in transistor design by transmitting visible light without absorbing it, and it is possible to develop a next generation display such as a transparent display.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the scope of the present invention . Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
1 : 절연성 유리기판
2 : 게이트 전극
3 : 게이트 절연막
4 : 투명 채널층
5 : 소오스 전극
6 : 드레인 전극1: Insulating glass substrate
2: gate electrode
3: Gate insulating film
4: transparent channel layer
5: Source electrode
6: drain electrode
Claims (3)
상기 절연성 기판 위에 적층되는 게이트 전극;
상기 게이트 전극을 감싸도록 상부에 적층되는 투명한 게이트 절연막;
상기 게이트 절연막 위에 형성되는 투명 채널층; 및
상기 투명 채널층 위에 소오스 전극, 드레인 전극을 포함하여 형성되는 투명 전극층을 포함하는 박막트랜지스터에 있어서,
상기 투명 채널층, 게이트 전극, 소오스 전극, 드레인 전극 중 적어도 어느 하나는 In(1-X)ZnXO 재질로 형성되는 박막트랜지스터.
An insulating substrate;
A gate electrode laminated on the insulating substrate;
A transparent gate insulating layer stacked on the gate electrode to surround the gate electrode;
A transparent channel layer formed on the gate insulating film; And
And a transparent electrode layer including a source electrode and a drain electrode on the transparent channel layer,
Wherein at least one of the transparent channel layer, the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode is formed of an In (1-x) Zn x O material.
상기 In(1-X)ZnXO의 조성범위는 x가 10보다 큰 박막트랜지스터.
The method according to claim 1,
Wherein the composition range of In (1-X) Zn x O is larger than 10.
상기 절연성 기판은 유리 또는 플라스틱으로 형성되는 박막트랜지스터.The method according to claim 1,
Wherein the insulating substrate is formed of glass or plastic.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170032270A KR20180105340A (en) | 2017-03-15 | 2017-03-15 | Thin-film transistor |
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Family Applications (1)
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2017
- 2017-03-15 KR KR1020170032270A patent/KR20180105340A/en not_active Application Discontinuation
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