WO2015160152A1 - 정류 다이오드 및 그 제조방법 - Google Patents

정류 다이오드 및 그 제조방법 Download PDF

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WO2015160152A1
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oxide semiconductor
electrode
insulator
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insulator layer
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Inventor
최덕균
최명재
김명호
권현민
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Industry University Cooperation Foundation IUCF HYU
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D8/00—Diodes

Definitions

  • the present invention relates to a rectifying diode, and more particularly, to a rectifying diode using a rectifying effect occurring between an oxide semiconductor and an insulator and a method of manufacturing the same.
  • a rectifier diode is a semiconductor device having a property of flowing current in only one direction and not flowing in the opposite direction.
  • the rectifier diode is a PN junction diode composed of general N-type and P-type semiconductors, an MS diode composed of two layers of metal and semiconductor, or three layers of metal, insulator and semiconductor. There is a MIS Diode configured.
  • the oxide diode under study in the prior art consists of an N-type oxide semiconductor and a P-type oxide semiconductor, and has a rectifying ratio of about 10 4 to 10 6 .
  • P-type oxide semiconductors are not easy to fabricate due to the inherent characteristics of oxide semiconductors, so the types of materials are very narrow. For this reason, diodes composed of N-type and P-type oxide semiconductors are subject to many restrictions in controlling electrical characteristics. In addition, the rectification ratio, which is very important in diode characteristics, is relatively low.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a rectifying diode and a method of manufacturing the transparent and improved electrical characteristics.
  • the rectifier diode may include an insulator layer including an insulator material and an oxide semiconductor layer positioned on the insulator layer and including an n-type ZnO-based oxide semiconductor. At this time, it has a rectifying characteristic between the insulator layer and the oxide semiconductor layer.
  • the insulator layer may include a nitride or an oxide insulator.
  • the n-type ZnO-based oxide semiconductor is characterized in that the IGZO.
  • the display device may further include a first electrode electrically connected to the insulator layer and a second electrode electrically connected to the oxide semiconductor layer.
  • the first electrode and the second electrode is characterized in that it comprises a metal having no rectifying characteristics with the oxide semiconductor layer.
  • the first electrode and the second electrode may each independently include at least one selected from the group consisting of Al, Cu, Pt, Ti, In, Ga, Zn, Au, and Mo.
  • the first electrode and the second electrode is characterized in that the transparent electrode.
  • the transparent electrode is characterized in that the ITO electrode.
  • the thickness ratio of the insulator layer and the oxide semiconductor layer may be 1: 1 to 1: 6.
  • the thickness of the insulator layer may be 10 nm to 200 nm.
  • the rectifying diode manufacturing method includes forming a first electrode on a substrate, forming an insulator layer including an insulator material on the first electrode, and an oxide including an n-type ZnO-based oxide semiconductor on the insulator layer.
  • the method may include forming a semiconductor layer and forming a second electrode on the oxide semiconductor layer. At this time, it has a rectification characteristic between an insulator layer and an oxide semiconductor layer.
  • the method may further include heat treating the substrate between the forming of the oxide semiconductor layer and the forming of the second electrode or after the forming of the second electrode.
  • the heat treatment of the substrate at this time is characterized in that performed at a temperature of 100 °C to 250 °C.
  • the insulator layer may include a nitride or an oxide insulator.
  • the n-type ZnO-based oxide semiconductor is characterized in that the IGZO.
  • the material selection can be made wider. Therefore, the control range of the electrical characteristic change can also be widened.
  • permeability in visible region is very high, it is applicable to a transparent element.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a rectifying diode according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a rectifying diode according to another embodiment of the present invention.
  • 3 to 8 are cross-sectional views illustrating a rectifying diode according to an embodiment of the present invention according to a process step.
  • FIG. 9 is a graph illustrating electrical characteristics of a diode and an insulator single layer including an oxide semiconductor and an insulator junction.
  • FIG. 10 is an energy band diagram illustrating a process of forming off-current of a diode formed of an oxide semiconductor and an insulator junction.
  • FIG. 11 is a graph illustrating CV characteristics of a diode formed of an oxide semiconductor and an insulator junction by 1 / C 2 values and a voltage.
  • FIG. 12 is an energy band diagram illustrating a process of forming on-current of a diode formed of an oxide semiconductor and an insulator junction.
  • FIG. 13 is a result of plotting I-V characteristics of a diode formed of an oxide semiconductor and an insulator junction through a P-N plot method.
  • FIG. 14 is a graph showing the electrical characteristics (I-V curve) of a diode composed of an oxide semiconductor and an insulator by Ln (I) values and voltages in order to obtain an ideal curve coefficient.
  • FIG. 15 is a graph showing the current-voltage characteristics of the rectifier diode according to Preparation Example 1.
  • FIG. 16 is a graph showing the current-voltage characteristics of the rectifier diode according to Preparation Example 2.
  • FIG. 17 is a graph showing the current-voltage characteristics of the rectifier diode according to Preparation Example 3.
  • FIG. 18 is a graph showing the current-voltage characteristics of the rectifier diode according to Preparation Example 4.
  • FIG 19 is a graph showing the current-voltage characteristics according to the thickness of the insulator layer in the rectifier diode according to the present invention.
  • first, second, etc. may be used to describe various elements, components, regions, layers, and / or regions, such elements, components, regions, layers, and / or regions It will be understood that it should not be limited by these terms.
  • C / B / A multilayer structure used in the present invention means a structure in which the B layer and the C layer are also located on the A layer.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a rectifying diode according to an embodiment of the present invention.
  • a rectifier diode according to an embodiment of the present invention includes an insulator layer 300 and an oxide semiconductor layer 400 positioned on the insulator layer 300.
  • the insulator layer 300 and the oxide semiconductor layer 400 may have a rectifying characteristic.
  • Insulator layer 300 may include an insulator material.
  • this insulator layer 300 may include a nitride or oxide insulator.
  • the insulator layer 300 may include silicon nitride (SiN x ), silicon oxide (SiO 2 ), or aluminum oxide (Al 2 O 3 ).
  • the thickness ratio of the insulator layer 300 and the oxide semiconductor layer 400 to be described later is preferably set to 1: 1 to 1: 6. If the thickness of the oxide semiconductor layer 400 is set to be greater than the thickness of the insulator layer 300 to be greater than 1: 6, it is difficult to form the entire oxide semiconductor layer 400 as a depletion layer. It may be difficult to implement.
  • the thickness of the insulator layer 300 may be 10 nm to 200 nm.
  • the thickness of the SiN x insulator layer 300 may be set to 30 nm. If the thickness of the insulator layer 300 is set to 10 nm or less, it may not serve as an insulator. In addition, when the thickness of the insulator layer 300 is set to more than 200 nm, the resistance of the insulator layer 300 may be so high that a current may not flow.
  • the oxide semiconductor layer 400 is located on the insulator layer 300.
  • the oxide semiconductor layer 400 may include an n-type ZnO-based oxide semiconductor.
  • the n-type ZnO-based oxide semiconductor may be InGaZnO (IGZO).
  • n-type ZnO-based oxide semiconductor may be amorphous.
  • the rectifying characteristics appearing between the insulator layer 300 and the oxide semiconductor layer 400 are used.
  • the current has a rectifying characteristic.
  • the oxides having the rectifying characteristics can be used without using a P-type oxide semiconductor having a narrow material selection range. Diodes can be implemented.
  • the rectifier diode according to the present invention can widen the adjustment range of the electrical characteristic change, and has an improved rectification ratio.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a rectifying diode according to another embodiment of the present invention.
  • the rectifying diode includes a substrate 100, a first electrode 200, an insulator layer 300, an oxide semiconductor layer 400, and a second electrode 500. can do.
  • the substrate 100 may select various materials as a supporting substrate.
  • the substrate 100 may also use a material of a transparent material.
  • the substrate 100 may be a glass substrate.
  • the first electrode 200 is located on the substrate 100. Since the rectifying diode according to the present invention utilizes the rectifying characteristics appearing between the insulator layer 300 and the oxide semiconductor layer 400, there is no particular limitation of the material of the first electrode 200. Therefore, the first electrode 200 may use various metal materials.
  • the first electrode 200 may include a metal having no rectifying characteristic with the oxide semiconductor layer 400.
  • the first electrode 200 may include at least one selected from the group consisting of Al, Cu, Pt, Ti, In, Ga, Zn, Au, and Mo.
  • the first electrode 200 may use a conductive material made of a transparent material. That is, the first electrode 200 may be a transparent electrode.
  • a transparent electrode may be an ITO electrode.
  • the first electrode 200 is electrically connected to the insulator layer 300 to be described later, its shape and position are not particularly limited.
  • the insulator layer 300 is located on the first electrode 200.
  • the insulator layer 300 may include an insulator material.
  • this insulator layer 300 may include a nitride or oxide insulator.
  • the insulator layer 300 may include silicon nitride (SiN x ), silicon oxide (SiO 2 ), or aluminum oxide (Al 2 O 3 ).
  • the oxide semiconductor layer 400 is located on the insulator layer 300.
  • the oxide semiconductor layer 400 may include an n-type ZnO-based oxide semiconductor.
  • the n-type ZnO-based oxide semiconductor may be InGaZnO (IGZO).
  • n-type ZnO-based oxide semiconductor may be amorphous.
  • diode driving may be performed using the rectifying characteristics generated between the insulator layer 300 and the oxide semiconductor layer 400.
  • the second electrode 500 is located on the oxide semiconductor layer 400. Since the rectifying diode according to the present invention uses the rectifying characteristics appearing between the insulator layer 300 and the oxide semiconductor layer 400, the second electrode 500 also has no particular limitation as to the first electrode 200. Accordingly, the second electrode 500 may use various electrode materials.
  • the second electrode 500 may include a metal having no rectifying characteristic with the oxide semiconductor layer 400. That is, a metal having no rectifying characteristic with the oxide semiconductor layer 400 may be selected as the material of the first electrode 200 and the second electrode 500.
  • the second electrode 500 may include at least one selected from the group consisting of Al, Cu, Pt, Ti, In, Ga, Zn, Au, and Mo.
  • the second electrode 500 may use a conductive material made of a transparent material. That is, the second electrode 500 may be a transparent electrode.
  • a transparent electrode may be an ITO electrode. Therefore, since both the first electrode 200 and the second electrode 500 can use a transparent electrode, it is applicable to a transparent element.
  • the second electrode 500 may be patterned. Meanwhile, unlike the present exemplary embodiment, the second electrode 500 is not particularly limited in form and position as long as the second electrode 500 is electrically connected to the oxide semiconductor layer 400.
  • 3 to 8 are cross-sectional views illustrating a rectifying diode according to an embodiment of the present invention according to a process step.
  • the substrate 100 may serve as a support substrate.
  • the substrate 100 may be a glass substrate or a polyethylene-naphthalate (PEN) substrate.
  • PEN polyethylene-naphthalate
  • Preparing the substrate 100 may further include a cleaning step.
  • the glass substrate may be cleaned using acetone and methanol for 10 minutes each in an ultrasonic cleaner.
  • the first electrode 200 is formed on the substrate 100.
  • the first electrode 200 may use various electrode materials without particular limitation.
  • the first electrode 200 may be formed through a conventional deposition method. For example, physical vapor deposition, chemical vapor deposition, sputtering or solution processing are possible.
  • an insulator layer 300 including an insulator material is formed on the first electrode 200.
  • such insulator materials may include nitride or oxide insulators.
  • the insulator material may include silicon nitride (SiN x ), silicon oxide (SiO 2 ) or aluminum oxide (Al 2 O 3 ).
  • the insulator layer 300 may be formed using a physical vapor deposition method, a chemical vapor deposition method, a sputtering method or a solution process method.
  • an oxide semiconductor layer 400 including an n-type ZnO-based oxide semiconductor may be formed on the insulator layer 300.
  • the oxide semiconductor layer 400 may include an n-type ZnO-based oxide semiconductor.
  • the n-type ZnO-based oxide semiconductor may be InGaZnO (IGZO).
  • the oxide semiconductor layer 400 may be formed using a physical vapor deposition method, a chemical vapor deposition method, a sputtering method or a solution process method.
  • the insulator layer 300 and the oxide semiconductor layer 400 is characterized by having a rectifying characteristic.
  • the substrate 100 on which the first electrode 200, the insulator layer 300, and the oxide semiconductor layer 400 are formed may be heat treated.
  • the heat treatment temperature may be 100 °C to 250 °C. Therefore, there is an effect of improving rectification characteristics through such an annealing step.
  • the heat treatment of the substrate may be heat treatment in various atmospheres such as a vacuum atmosphere or a reducing atmosphere.
  • the substrate may be heat treated in a hydrogen (H 2 ) atmosphere.
  • the heat treatment step may be performed after the step of forming the second electrode 500.
  • a second electrode 500 is formed on the oxide semiconductor layer 400.
  • the second electrode 200 Since the rectifying diode according to the present invention uses the rectifying characteristics appearing between the insulator layer 300 and the oxide semiconductor layer 400, the second electrode 200 also has no particular limitation as to the first electrode 200. Therefore, the second electrode 200 may use various electrode materials.
  • the second electrode 200 may be formed through a conventional deposition method. For example, physical vapor deposition, chemical vapor deposition, sputtering or solution processing are possible.
  • FIG. 9 is a graph illustrating electrical characteristics of a diode and an insulator single layer including an oxide semiconductor and an insulator junction.
  • FIG. 9A is a graph measuring electrical characteristics of a diode (Mo / a-IGZO / SiNx / Mo) including an oxide semiconductor and an insulator junction.
  • 9 (b) is a graph measuring electrical characteristics of an insulator single layer (Mo / SiNx / Mo).
  • the off-current of the diode using the oxide semiconductor and the insulator in FIG. 9 (a) shows a very low leakage current. This shows a current value of several thousand to tens of thousands times lower than the leakage current of the insulator of FIG.
  • FIG. 10 is an energy band diagram illustrating a process of forming off-current of a diode formed of an oxide semiconductor and an insulator junction.
  • FIG. 11 is a graph illustrating CV characteristics of a diode formed of an oxide semiconductor and an insulator junction by 1 / C 2 values and a voltage.
  • the oxide semiconductor (a-IGZO) has a good depletion as it increases linearly in a certain section (a line).
  • the leakage current value thousands to tens of times lower than that of a single insulator is because the resistance of the insulator and the depletion layer of the oxide semiconductor acts as a series resistance.
  • the oxide semiconductor layer is changed into a fully depleted layer (all of the oxide semiconductor layers are depletion layer) as the constant capacitance is shown at about 1.2 V or more.
  • the on-current flowing between the oxide semiconductor and the insulator of FIG. 9 (a) has a current value thousands of times higher than the leakage current of the single insulator of FIG. 9 (b).
  • FIG. 12 is an energy band diagram illustrating a process of forming on-current of a diode formed of an oxide semiconductor and an insulator junction.
  • FIG. 13 is a result of plotting I-V characteristics of a diode formed of an oxide semiconductor and an insulator junction through a P-N plot method.
  • an electrical characteristic (I-V curve) of an oxide semiconductor and an insulator is represented by a relationship between ln (J / E2) and 1 / E (F-N plot). J is the current density and E is the electric field. As shown in FIG. 12, a linearly increasing section is formed in the F-N plot when crossing the energy barrier of the insulator.
  • the slope of the P-N plot at -0.233 V shows that the on-current current dominates the Fowler-Nordheim tunneling mechanism.
  • the Fowler-Nordheim tunneling mechanism is a mechanism in which an electric current flows through an energy barrier by applying a constant voltage when an energy barrier exists between two materials.
  • FIG. 14 is a graph showing the electrical characteristics (I-V curve) of a diode composed of an oxide semiconductor and an insulator by Ln (I) values and voltages in order to obtain an ideal curve coefficient.
  • the Si-based p-n junction has an ideal coefficient between 1 and 2.
  • p-n junctions made of conventional oxide semiconductors are known to have ideal coefficients greater than two. It is known to have an ideal coefficient of greater than 2 due to recombination resulting from levels and defects present at the surface and interfaces, or tunneling resulting from deep levels.
  • the diode made of the oxide semiconductor and the insulator fabricated in the present invention has a value of 2.53 in FIG. 14, which is similar to the diodes made of the reported oxide semiconductor. Through this, it can be expected that the diode fabricated in the present invention is an oxide semiconductor type diode.
  • a rectifying diode having a structure of [Mo / ZnO / Al 2 O 3 / Mo] according to an embodiment of the present invention was manufactured.
  • the first electrode is made of Mo.
  • a 10 nm thick Al 2 O 3 insulator layer was deposited on the Mo electrode using chemical vapor deposition.
  • a 30 nm thick ZnO oxide semiconductor layer was deposited on the Al 2 O 3 insulator layer by sputtering.
  • the ZnO layer at this time is n-type.
  • a Mo electrode was deposited on the ZnO oxide semiconductor layer by a sputtering method as a second electrode.
  • a rectifying diode having a [Mo / IGZO / SiN x / Mo] structure according to an embodiment of the present invention was manufactured.
  • the first electrode is made of Mo. On this Mo electrode, a 20 nm thick SiNx insulator layer was deposited using chemical vapor deposition.
  • IGZO oxide semiconductor layer sputtering method was deposited on the SiN x insulator layer.
  • the Mo electrode was deposited on the IGZO oxide semiconductor layer by the sputtering method as a second electrode.
  • a rectifying diode having a structure of [Mo / IGZO / Al 2 O 3 / Mo] according to an embodiment of the present invention was manufactured.
  • the first electrode is made of Mo.
  • a 10 nm thick Al 2 O 3 insulator layer was deposited on the Mo electrode using chemical vapor deposition.
  • IGZO oxide semiconductor layer was deposited on the Al 2 O 3 insulator layer by sputtering.
  • the Mo electrode was deposited on the IGZO oxide semiconductor layer by the sputtering method as a second electrode.
  • a rectifying diode having an [ITO / IGZO / SiN x / ITO] structure according to an embodiment of the present invention was manufactured.
  • the first electrode is composed of ITO.
  • a 10 nm thick SiN x insulator layer was deposited on this ITO electrode using chemical vapor deposition.
  • IGZO oxide semiconductor layer was deposited on the SiN x insulator layer by sputtering.
  • an ITO electrode was deposited on the IGZO oxide semiconductor layer by the sputtering method as a second electrode.
  • FIG. 15 is a graph showing the current-voltage characteristics of the rectifier diode according to Preparation Example 1.
  • FIG. 16 is a graph showing the current-voltage characteristics of the rectifier diode according to Preparation Example 2.
  • FIG. 17 is a graph showing the current-voltage characteristics of the rectifier diode according to Preparation Example 3.
  • rectification characteristics are also shown when IGZO is used as the oxide semiconductor layer. Further, it can be seen that the rectification ratio characteristics of the rectifying diodes according to Preparation Example 2 and Preparation Example 3 are about 10 8 to 10 9 compared to the rectifying diode of Preparation Example 1.
  • FIG. 18 is a graph showing the current-voltage characteristics of the rectifier diode according to Preparation Example 4.
  • the rectifying characteristics are shown.
  • the rectification ratio at this time was measured to about 10 8 to 10 9 degree. Therefore, it can be seen that it is applicable to the transparent element.
  • the rectifier diode has a [Mo / IGZO / SiN x / Mo] structure.
  • the thickness of the SiN x thin film is 3 nm, it can be seen that no rectification phenomenon occurs. This is because the SiN x thin film becomes too thin to serve as an insulator.
  • the thickness of the SiN x thin film is 10 nm and 20 nm, it can be seen that the rectification phenomenon.
  • the thickness of the SiN x thin film is 500 nm, it can be seen that no current flows. This is because if the thickness of the SiN x thin film becomes too thick, the resistance of the insulator becomes so high that no current can flow.
  • the material selection can be made wider. Therefore, the control range of the electrical characteristic change can also be widened.
  • permeability in visible region is very high, it is applicable to a transparent element.

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  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
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Abstract

정류 다이오드 및 그 제조방법을 제공한다. 이러한 정류 다이오드는 절연체 물질을 포함하는 절연체층 및 상기 절연체층 상에 위치하고, n형 ZnO 계열 산화물 반도체를 포함하는 반도체층을 포함하고, 상기 절연체층과 상기 반도체층 사이에서 정류특성을 갖는 것을 특징으로 한다. 따라서, 향상된 전기적 특성을 갖는 정류 다이오드를 제공할 수 있다. 또한, 기존 산화물 다이오드와 비교하였을 때 많은 제약을 받는 P-type 산화물 반도체를 절연체층으로 대체함에 따라, 재료선택의 폭이 보다 넓어질 수 있다. 따라서, 전기적 특성 변화의 조절 범위 또한 넓힐 수 있다.

Description

정류 다이오드 및 그 제조방법
본 발명은 정류 다이오드에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 산화물 반도체와 절연체 사이에서 일어나는 정류효과를 이용한 정류 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
정류 다이오드는 전류를 한 방향으로만 흐르게 하고, 그 역방향으로 흐르지 못하게 하는 성질을 가진 반도체 소자이다.
이러한 정류 다이오드는 일반적인 N형(N-type)과 P형(P-type) 반도체로 이루어진 P-N 접합 다이오드(P-N junction Diode), 금속과 반도체 두 층으로 이루어진 MS Diode 또는 금속, 절연체 및 반도체 세 층으로 구성된 MIS Diode가 있다.
한편, 종래에 연구 중인 산화물 다이오드는 N-type 산화물 반도체와 P-type 산화물 반도체로 이루어져 있으며, 약 104 내지 106 정도의 정류 비(Rectifying ratio)를 갖는다.
일반적으로 P-type 산화물 반도체는 산화물 반도체가 갖는 고유 특성상 제작이 쉽지 않아 그 종류가 매우 적어 재료선택의 폭이 좁은 편이다. 이와 같은 이유로, N-type과 P-type 산화물 반도체로 이루어진 다이오드의 경우 전기적 특성을 조절하는데 있어 많은 제약을 받는다. 또한, 다이오드 특성에서 매우 중요한 정류 비가 비교적 낮은 편이다.
따라서, 전기적 특성변화의 조절 범위를 넓힐 수 있고, 향상된 정류 비를 갖고, 나아가 투명 다이오드로 구현 가능한 새로운 정류 다이오드 소자의 개발이 필요하다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
대한민국 공개특허 제10-2011-0072231호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 투명하며 향상된 전기적 특성을 갖는 정류 다이오드 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 정류 다이오드를 제공한다. 상기 정류 다이오드는 절연체 물질을 포함하는 절연체층 및 상기 절연체층 상에 위치하고, n형 ZnO 계열 산화물 반도체를 포함하는 산화물 반도체층을 포함할 수 있다. 이때 상기 절연체층과 상기 산화물 반도체층 사이에서 정류특성을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 절연체층은 질화물 또는 산화물 절연체를 포함할 수 있다. 또한, 상기 n형 ZnO 계열 산화물 반도체는 IGZO인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 절연체층과 전기적으로 연결된 제1 전극 및 상기 산화물 반도체층과 전기적으로 연결된 제2 전극을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 상기 산화물 반도체층과 정류특성을 갖지 않는 금속을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이때의 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 각각 독립적으로 Al, Cu, Pt, Ti, In, Ga, Zn, Au 및 Mo로 구성된 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 투명 전극인 것을 특징으로 한다. 이때의 투명 전극은 ITO 전극인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 절연체층과 상기 산화물 반도체층의 두께 비는 1:1 내지 1:6일 수 있다.
또한, 상기 절연체층의 두께는 10 nm 내지 200 nm일 수 있다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 측면은 정류 다이오드 제조방법을 제공한다. 상기 정류 다이오드 제조방법은 기판 상에 제1 전극을 형성하는 단계, 상기 제1 전극 상에 절연체 물질을 포함하는 절연체층을 형성하는 단계, 상기 절연체층 상에 n형 ZnO 계열 산화물 반도체를 포함하는 산화물 반도체층을 형성하는 단계 및 상기 산화물 반도체층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 절연체층과 산화물 반도체층 사이에서 정류특성을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 산화물 반도체층을 형성하는 단계 및 상기 제2 전극을 형성하는 단계 사이에 또는 상기 제2 전극을 형성하는 단계 이후에, 상기 기판을 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이때의 기판을 열처리하는 단계는 100 ℃ 내지 250 ℃의 온도에서 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 절연체층은 질화물 또는 산화물 절연체를 포함할 수 있다. 또한, 상기 n형 ZnO 계열 산화물 반도체는 IGZO인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 향상된 전기적 특성을 갖는 정류 다이오드를 제공할 수 있다.
또한, 기존 산화물 다이오드와 비교하였을 때 많은 제약을 받는 P-type 산화물 반도체를 절연체층으로 대체함에 따라, 재료선택의 폭이 보다 넓어질 수 있다. 따라서, 전기적 특성 변화의 조절 범위 또한 넓힐 수 있다.
또한, 산화물 반도체층과 절연체층 사이 계면에서 일어나는 정류 효과를 이용하기 때문에 사용할 수 있는 전극의 제약이 거의 없다.
또한, 가시광 영역에서의 투과율이 매우 높기 때문에 투명 소자에 응용 가능하다.
본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정류 다이오드의 일 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정류 다이오드의 일 단면도이다.
도 3 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 정류 다이오드를 공정단계에 따라 나타낸 단면도들이다.
도 9는 산화물 반도체와 절연체 접합으로 이루어진 다이오드 및 절연체 단일층의 전기적 특성을 측정한 그래프이다.
도 10은 산화물 반도체와 절연체 접합으로 이루어진 다이오드의 off-current가 형성되는 과정을 설명하는 에너지 밴드 다이어그램이다.
도 11은 산화물 반도체와 절연체 접합으로 이루어진 다이오드의 C-V 특성을 1/C2 값과 전압으로 표현한 그래프이다.
도 12는 산화물 반도체와 절연체 접합으로 이루어진 다이오드의 On-current가 형성되는 과정을 설명하는 에너지 밴드다이어그램이다.
도 13은 산화물 반도체와 절연체 접합으로 이루어진 다이오드의 I-V 특성을 P-N plot 방식을 통하여 plot한 결과이다.
도 14는 산화물반도체와 절연체로 이루어진 다이오드의 전기적 특성(I-V curve)을 이상곡선계수를 구하기 위하여 Ln(I)값과 전압으로 표시한 그래프이다.
도 15는 제조예 1에 따른 정류 다이오드의 전류-전압 특성을 나타낸 그래프이다.
도 16은 제조예 2에 따른 정류 다이오드의 전류-전압 특성을 나타낸 그래프이다.
도 17은 제조예 3에 따른 정류 다이오드의 전류-전압 특성을 나타낸 그래프이다.
도 18은 제조예 4에 따른 정류 다이오드의 전류-전압 특성을 나타낸 그래프이다.
도 19는 본 발명에 따른 정류 다이오드에서 절연체층의 두께에 따른 전류-전압 특성을 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.
층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.
또한, 본 발명에서 사용하는 용어 C/B/A 다층구조는 A층 상에 B층 및 C층이 차례도 위치하는 구조를 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정류 다이오드의 일 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정류 다이오드는 절연체층(300) 및 이러한 절연체층(300) 상에 위치하는 산화물 반도체층(400)을 포함한다. 이때의 절연체층(300)과 산화물 반도체층(400) 사이에서 정류특성을 갖는 것을 특징으로 한다.
절연체층(300)은 절연체 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이러한 절연체층(300)은 질화물 또는 산화물 절연체를 포함할 수 있다. 예컨대, 절연체층(300)은 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산화물(SiO2) 또는 알루미늄 산화물(Al2O3)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 절연체층(300)과 후술하는 산화물 반도체층(400)의 두께 비는 1:1 내지 1:6로 설정하는 것이 바람직하다. 만일, 절연체층(300)의 두께 대비 산화물 반도체층(400)의 두께를 1:6을 초과하여 두껍게 설정할 경우, 산화물 반도체층(400) 전체를 공핍층으로 형성하기 곤란한 바, 낮은 off-current를 구현하기 곤란할 수 있다.
또한, 절연체층(300)의 두께는 10 nm 내지 200 nm일 수 있다. 예컨대, SiNx 절연체층(300)의 두께를 30 nm로 설정할 수 있다. 만일, 절연체층(300)의 두께를 10 nm 이하로 설정할 경우, 절연체 역할을 못할 수 있다. 또한, 절연체층(300)의 두께를 200 nm 초과로 설정할 경우, 절연체층(300)의 저항이 너무 높아져서 전류가 흐르지 못하는 문제가 발생할 수 있다.
산화물 반도체층(400)은 절연체층(300) 상에 위치한다. 이러한 산화물 반도체층(400)은 n형 ZnO 계열 산화물 반도체를 포함할 수 있다. 예컨대, 이러한 n형 ZnO 계열 산화물 반도체는 InGaZnO(IGZO)일 수 있다.
또한, 이러한 n형 ZnO 계열 산화물 반도체는 비정질일 수 있다.
본 발명에 따르면, 절연체층(300)과 산화물 반도체층(400) 사이에 나타나는 정류특성을 이용한다.
예를 들어, 산화물 반도체층(400)에 (+)전압을 인가하고 절연체층(300)에 (-) 전압을 인가한 경우, 전류는 흐르지 않으나, 산화물 반도체층(400)에 (-) 전압을 인가하고 절연체층(300)에 (+) 전압을 인가한 경우, 전류가 흐르는 정류특성을 갖는다.
따라서, 본 발명에 따르면, 절연체층(300)과 산화물 반도체층(400) 사이에 나타나는 정류특성을 이용하기 때문에, 재료선택의 폭이 좁은 P-type 산화물 반도체를 사용하지 않아도, 정류특성을 갖는 산화물 다이오드를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 정류 다이오드는 전기적 특성변화의 조절 범위를 넓힐 수 있고, 향상된 정류 비를 갖는다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정류 다이오드의 일 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정류 다이오드는 기판(100), 제1 전극(200), 절연체층(300), 산화물 반도체층(400) 및 제2 전극(500)을 포함할 수 있다.
기판(100)은 지지기판으로서 다양한 물질을 선택할 수 있다. 본 발명에 따른 정류 다이오드가 투명 소자에 응용될 경우, 기판(100) 역시 투명 재질의 물질을 사용할 수 있다. 예를 들어, 기판(100)은 유리(glass) 기판일 수 있다.
제1 전극(200)은 기판(100) 상에 위치한다. 본 발명의 따른 정류 다이오드는 절연체층(300)과 산화물 반도체층(400) 사이에 나타나는 정류특성을 이용하기 때문에 제1 전극(200) 물질의 특별한 제한이 없다. 따라서, 제1 전극(200)은 다양한 금속 물질을 사용할 수 있다.
예를 들어, 제1 전극(200)은 산화물 반도체층(400)과 정류특성을 갖지 않는 금속을 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 전극(200)은 Al, Cu, Pt, Ti, In, Ga, Zn, Au 및 Mo로 구성된 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
다른 예를 들어, 제1 전극(200)은 투명 재질의 도전성 물질을 사용할 수도 있다. 즉, 제1 전극(200)은 투명 전극일 수 있다. 예컨대, 이러한 투명 전극은 ITO 전극일 수 있다.
한편, 본 실시예와 다르게 제1 전극(200)은 후술하는 절연체층(300)과 전기적으로 연결되는 구조이면 그 형태 및 위치에 특별한 제한은 없다.
절연체층(300)은 제1 전극(200)상에 위치한다. 이러한 절연체층(300)은 절연체 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이러한 절연체층(300)은 질화물 또는 산화물 절연체를 포함할 수 있다. 예컨대, 절연체층(300)은 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산화물(SiO2) 또는 알루미늄 산화물(Al2O3)을 포함할 수 있다.
산화물 반도체층(400)은 절연체층(300) 상에 위치한다. 이러한 산화물 반도체층(400)은 n형 ZnO 계열 산화물 반도체를 포함할 수 있다. 예컨대, 이러한 n형 ZnO 계열 산화물 반도체는 InGaZnO(IGZO)일 수 있다.
또한, 이러한 n형 ZnO 계열 산화물 반도체는 비정질일 수 있다.
따라서, 이러한 절연체층(300)과 산화물 반도체층(400) 사이에 발생되는 정류 특성을 이용하여 다이오드 구동을 수행할 수 있다.
제2 전극(500)은 산화물 반도체층(400) 상에 위치한다. 본 발명의 따른 정류 다이오드는 절연체층(300)과 산화물 반도체층(400) 사이에 나타나는 정류특성을 이용하기 때문에 제2 전극(500) 역시 제1 전극(200)과 마찬가지로 물질의 특별한 제한이 없다. 따라서, 제2 전극(500)은 다양한 전극 물질을 사용할 수 있다.
예를 들어, 제2 전극(500)은 산화물 반도체층(400)과 정류특성을 갖지 않는 금속을 포함할 수 있다. 즉, 제1 전극(200) 및 제2 전극(500) 물질로 산화물 반도체층(400)과 정류특성을 갖지 않는 금속을 선택할 수 있다. 예컨대, 제2 전극(500)은 Al, Cu, Pt, Ti, In, Ga, Zn, Au 및 Mo로 구성된 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
다른 예를 들어, 제2 전극(500)은 투명 재질의 도전성 물질을 사용할 수도 있다. 즉, 제2 전극(500)은 투명 전극일 수 있다. 예를 들어, 이러한 투명 전극은 ITO 전극일 수 있다. 따라서, 제1 전극(200) 및 제2 전극(500) 모두 투명 전극을 사용할 수 있기 때문에 투명 소자에 적용 가능하다.
한편, 이러한 제2 전극(500)은 패턴된 형태일 수 있다. 한편, 본 실시예와 다르게 제2 전극(500)은 산화물 반도체층(400)과 전기적으로 연결되는 구조이면 그 형태 및 위치에 특별한 제한은 없다.
도 3 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 정류 다이오드를 공정단계에 따라 나타낸 단면도들이다.
도 3을 참조하면, 기판(100)을 준비한다. 이러한 기판(100)은 지지기판의 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 이러한 기판(100)은 유리(glass) 기판 또는 PEN(polyethylene-naphthalate) 기판일 수 있다.
이러한 기판(100)을 준비하는 단계는 세척(cleaning) 단계를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 초음파세척기에 각각 10분씩 아세톤과 메탄올을 이용하여 유리 기판을 세척할 수 있다.
도 4를 참조하면, 기판(100) 상에 제1 전극(200)을 형성한다.
제1 전극(200)은 특별한 제한이 없이 다양한 전극 물질을 사용할 수 있다.
이러한 제1 전극(200)은 통상의 증착 방법을 통해 형성될 수 있다. 예를 들어, 물리적 기상 증착법, 화학적 기상 증착법, 스퍼터링법 또는 용액공정법이 가능하다.
도 5를 참조하면, 제1 전극(200) 상에 절연체 물질을 포함하는 절연체층(300)을 형성한다.
예를 들어, 이러한 절연체 물질은 질화물 또는 산화물 절연체를 포함할 수 있다. 예컨대, 절연체 물질은 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산화물(SiO2) 또는 알루미늄 산화물(Al2O3)을 포함할 수 있다.
이러한 절연체층(300)은 물리적 기상 증착법, 화학적 기상 증착법, 스퍼터링법 또는 용액공정법을 이용하여 형성할 수 있다.
도 6을 참조하면, 절연체층(300) 상에 n형 ZnO 계열 산화물 반도체를 포함하는 산화물 반도체층(400)을 형성할 수 있다.
이러한 산화물 반도체층(400)은 n형 ZnO 계열 산화물 반도체를 포함할 수 있다. 예컨대, 이러한 n형 ZnO 계열 산화물 반도체는 InGaZnO(IGZO)일 수 있다.
이러한 산화물 반도체층(400)은 물리적 기상 증착법, 화학적 기상 증착법, 스퍼터링법 또는 용액공정법을 이용하여 형성할 수 있다.
따라서, 이러한 절연체층(300)과 산화물 반도체층(400) 사이에서 정류특성을 갖는 것을 특징으로 한다.
도 7을 참조하면, 제1 전극(200), 절연체층(300) 및 산화물 반도체층(400)이 형성된 기판(100)을 열처리할 수 있다.
이때의 열처리 온도는 100 ℃ 내지 250 ℃일 수 있다. 따라서, 이러한 어닐링(annealing) 단계를 통하여 정류 특성 향상 효과가 있다.
또한, 이러한 기판을 열처리하는 단계는 진공 분위기 또는 환원 분위기 등 다양한 분위기에서 열처리할 수 있다. 예를 들어, 수소(H2) 분위기에서 기판을 열처리할 수 있다.
한편, 이러한 열처리 단계는 제2 전극(500)을 형성하는 단계 이후에 수행할 수도 있다.
도 8을 참조하면, 산화물 반도체층(400) 상에 제2 전극(500)을 형성한다.
본 발명의 따른 정류 다이오드는 절연체층(300)과 산화물 반도체층(400) 사이에 나타나는 정류특성을 이용하기 때문에 제2 전극(200) 역시 제1 전극(200)과 마찬가지로 물질의 특별한 제한이 없다. 따라서, 제2 전극(200)은 다양한 전극 물질을 사용할 수 있다.
이러한 제2 전극(200)은 통상의 증착 방법을 통해 형성될 수 있다. 예를 들어, 물리적 기상 증착법, 화학적 기상 증착법, 스퍼터링법 또는 용액공정법이 가능하다.
이하, 절연체층과 산화물 반도체층 사이에서 일어나는 정류현상 메커니즘에 대하여 설명한다.
<정류 현상을 일으키는 과정 중 off-current를 형성시키는 과정>
도 9는 산화물 반도체와 절연체 접합으로 이루어진 다이오드 및 절연체 단일층의 전기적 특성을 측정한 그래프이다.
도 9(a)는 산화물 반도체와 절연체 접합으로 이루어진 다이오드(Mo/a-IGZO/SiNx/Mo)의 전기적 특성을 측정한 그래프이다. 도 9(b)는 절연체 단일층(Mo/SiNx/Mo)의 전기적 특성을 측정한 그래프이다.
도 9(a) 및 도 9(b)를 참조하면, 도 9(a)에서 산화물 반도체와 절연체를 이용한 다이오드의 오프-전류(off-current)는 매우 낮은 누설전류를 보인다. 이는 도 9(b)의 절연체의 누설전류보다도 수천 내지 수만 배 낮은 전류 값을 보인다.
도 10은 산화물 반도체와 절연체 접합으로 이루어진 다이오드의 off-current가 형성되는 과정을 설명하는 에너지 밴드 다이어그램이다.
도 10을 참조하면, 상부전극/산화물반도체층/절연체층/하부전극 구조에서 상부 전극에 양(+)의 전압, 즉 역방향 바이어스(reverse bias)를 인가하였을 때 산화물 반도체(Oxide semiconductor)가 공핍층(depletion layer)으로 변하게 되고 depletion layer가 된 산화물 반도체의 저항(RD)과 절연체의 저항(RI)이 합쳐져서 다이오드의 총 저항은 증가하게 된다. 따라서, 낮은 전류 값을 보이게 된다.
도 11은 산화물 반도체와 절연체 접합으로 이루어진 다이오드의 C-V 특성을 1/C2 값과 전압으로 표현한 그래프이다.
도 11을 참조하면, 일정 구간에서 선형적으로 증가함(a선)에 따라 산화물 반도체(a-IGZO)가 depletion이 잘 형성됨을 알 수 있다.
즉, 1/C2 과 전압관계는 모트-쇼트키 플롯(Mott-Schottky plot)으로 알려져 있으며 반도체의 Capacitor의 제곱값의 역수가 전압에 따라 선형적으로 증가함을 통해 반도체의 depletion 영역이 형성되는 것을 알 수 있다.
따라서, 단일 절연체보다도 수천 내지 수만 배 낮은 누설 전류값이 절연체와 산화물반도체의 depletion layer의 저항이 직렬 저항으로 작용하였기 때문임을 알 수 있다. 또한, 약 1.2 V 이상에서 일정한 Capacitance 값을 보임에 따라 산화물 반도체 층이 Fully depleted layer(산화물 반도체 층 모두가 depletion layer 변함)로 변한 것을 확인 할 수 있다.
<정류 현상을 일으키는 과정 중 on-current를 형성시키는 과정>
상술한 도 9를 참조하면, 도 9(a)의 산화물 반도체와 절연체 사이에 흐르는 on-current는 도 9(b)의 단일 절연체의 누설전류보다도 수천 배 높은 전류값을 갖는다.
도 12는 산화물 반도체와 절연체 접합으로 이루어진 다이오드의 On-current가 형성되는 과정을 설명하는 에너지 밴드 다이어그램이다.
도 12를 참조하면, 상부전극/산화물반도체층/절연체층/하부전극 구조에서 상부 전극에 음(-)의 전압, 즉 정방향 바이어스를 인가하였을 때 산화물 반도체와 절연체의 계면에 존재하는 에너지 장벽을 전자가 흐르기 때문인데, 계면 사이에 산화물 반도체에서 절연체로 통과하여 전류가 흐를 수 있는 에너지 장벽을 낮추는 요인이 존재하기 때문이다. 즉, 산화물 반도체와 절연체의 계면에서 전자들이 절연체의 에너지 장벽을 쉽게 넘어갈 수 있는 어떠한 반응(b선)에 따라 on-current를 형성한다.
이 에너지 장벽을 낮추는 요인과 관련하여 P-N plot 방식을 통하여 Folwer-Nordheim mechanism을 통하여 전류가 흐른다는 것을 예상할 수 있다.
도 13은 산화물 반도체와 절연체 접합으로 이루어진 다이오드의 I-V 특성을 P-N plot 방식을 통하여 plot한 결과이다.
도 13을 참조하면, 산화물 반도체와 절연체의 전기적 특성(I-V curve)을 ln(J/E2)과 1/E의 관계로 표현한 그래프(F-N plot)이다. 이때의 J는 전류밀도(current density)이고 E는 전계(electric field)이다. 도 12과 같이 절연체의 에너지장벽을 넘어갈 때 F-N plot에서 선형적으로 증가하는 구간이 형성된다.
즉, - 0.233 V에서 P-N plot의 기울기가 일차함수의 방정식임을 통해서 on-current를 형성시키는 전류가 Fowler-Nordheim 터널링 메커니즘의 지배적인 것을 확인할 수 있다.
Fowler-Nordheim 터널링 메커니즘이란 두 재료 사이에 에너지 장벽이 존재할 시, 일정 전압을 주어 에너지 장벽을 타고 전류가 흐르는 메커니즘이다.
<다이오드 특성; 이상계수(Ideality factor) 부문>
도 14는 산화물반도체와 절연체로 이루어진 다이오드의 전기적 특성(I-V curve)을 이상곡선계수를 구하기 위하여 Ln(I)값과 전압으로 표시한 그래프이다.
도 14를 참조하면, 기존의 Si 기반의 p-n 접합의 경우 1 내지 2 사이의 이상계수를 가진다. 하지만 기존의 산화물 반도체로 이루어진 p-n 접합은 2 보다 큰 이상계수를 가진다고 알려져 있다. 이는 표면 및 계면에 존재하는 준위 및 결함으로부터 발생하는 재결합 혹은 깊은(deep) 준위로부터 발생하는 터널링 등으로 인하여 2보다 큰 이상 계수를 가진다고 알려져 있다.
본 발명에서 제작된 산화물 반도체와 절연체로 이루어진 다이오드의 경우 도 14에서는 2.53의 값을 가지는데, 이는 기존의 보고된 산화물반도체로 이루어진 다이오드들과 비슷한 값을 가진다. 이를 통하여 본 발명에서 제작된 다이오드가 산화물 반도체 형식의 다이오드임을 예상할 수 있다.
제조예 1
본 발명의 일 실시예에 따른 [Mo/ZnO/Al2O3/Mo] 구조의 정류 다이오드를 제조하였다.
제1 전극은 Mo로 구성된다. 이러한 Mo 전극 상에 10 nm 두께의 Al2O3 절연체층을 화학적 기상 증착법을 이용하여 증착하였다.
그 다음에, Al2O3 절연체층 상에 30 nm 두께의 ZnO 산화물 반도체층을 스퍼터링법을 이용하여 증착하였다. 이때의 ZnO층은 n형이다.
그 다음에, ZnO 산화물 반도체층 상에 제2 전극으로 Mo 전극을 스퍼터링법을 이용하여 증착하였다.
그 다음에, 250 ℃에서 수소 분위기로 열처리하였다.
제조예 2
본 발명의 일 실시예에 따른 [Mo/IGZO/SiNx/Mo] 구조의 정류 다이오드를 제조하였다.
제1 전극은 Mo로 구성된다. 이러한 Mo 전극 상에 20 nm 두께의 SiNx 절연체층을 화학적 기상 증착법을 이용하여 증착하였다.
그 다음에, SiNx 절연체층 상에 60 nm 두께의 IGZO 산화물 반도체층 스퍼터링법을 이용하여 증착하였다.
그 다음에, IGZO 산화물 반도체층 상에 제2 전극으로 Mo 전극을 스퍼터링법을 이용하여 증착하였다.
그 다음에, 250 ℃에서 수소 분위기로 열처리하였다.
제조예 3
본 발명의 일 실시예에 따른 [Mo/IGZO/Al2O3/Mo] 구조의 정류 다이오드를 제조하였다.
제1 전극은 Mo로 구성된다. 이러한 Mo 전극 상에 10 nm 두께의 Al2O3 절연체층을 화학적 기상 증착법을 이용하여 증착하였다.
그 다음에, Al2O3 절연체층 상에 30 nm 두께의 IGZO 산화물 반도체층을 스퍼터링법을 이용하여 증착하였다.
그 다음에, IGZO 산화물 반도체층 상에 제2 전극으로 Mo 전극을 스퍼터링법을 이용하여 증착하였다.
그 다음에, 250 ℃에서 수소 분위기로 열처리하였다.
제조예 4
본 발명의 일 실시예에 따른 [ITO/IGZO/SiNx/ITO] 구조의 정류 다이오드를 제조하였다.
제1 전극은 ITO로 구성된다. 이러한 ITO 전극 상에 10 nm 두께의 SiNx 절연체층을 화학적 기상 증착법을 이용하여 증착하였다.
그 다음에, SiNx 절연체층 상에 30 nm 두께의 IGZO 산화물 반도체층을 스퍼터링법을 이용하여 증착하였다.
그 다음에, IGZO 산화물 반도체층 상에 제2 전극으로 ITO 전극을 스퍼터링법 이용하여 증착하였다.
그 다음에, 250 ℃에서 수소 분위기로 열처리하였다.
실험예 1
제조예 1 내지 제조예 4에 따른 정류 다이오드의 전류-전압 특성을 측정하였다.
도 15는 제조예 1에 따른 정류 다이오드의 전류-전압 특성을 나타낸 그래프이다.
도 15를 참조하면, Al2O3층과 n형 ZnO층 사이에 정류 특성이 나타남을 알 수 있다. 이때, 약 104 내지 105 정도의 정류비(Rectifyung ratio) 특성이 나타남을 알 수 있다.
도 16은 제조예 2에 따른 정류 다이오드의 전류-전압 특성을 나타낸 그래프이다. 또한, 도 17은 제조예 3에 따른 정류 다이오드의 전류-전압 특성을 나타낸 그래프이다.
도 16 및 도 17을 참조하면, 산화물 반도체층으로 IGZO를 사용한 경우 역시 정류특성이 나타남을 알 수 있다. 나아가, 제조예 2 및 제조예 3에 따른 정류 다이오드의 정류비가 약 108 내지 109 정도로 제조예 1의 정류 다이오드에 비하여 정류비 특성이 향상됨을 알 수 있다.
도 18은 제조예 4에 따른 정류 다이오드의 전류-전압 특성을 나타낸 그래프이다.
도 18을 참조하면, 제1 전극 및 제2 전극을 ITO 투명 전극으로 사용한 경우에도 정류 특성이 나타남을 알 수 있다. 이때의 정류비는 약 108 내지 109 정도로 측정되었다. 따라서, 투명소자에 적용 가능함을 알 수 있다.
실험예 2
도 19는 본 발명에 따른 정류 다이오드에서 절연체층의 두께에 따른 전류-전압 특성을 나타낸 그래프이다. 이때의 정류 다이오드는 [Mo/IGZO/SiNx/Mo] 구조이다.
도 19를 참조하면, SiNx 박막의 두께를 3 nm, 10 nm, 20 nm 및 500 nm로 설정하여 전류-전압 특성을 측정하였다.
SiNx 박막의 두께가 3 nm인 경우, 정류현상이 나타나지 않음을 알 수 있다. 이는 SiNx 박막의 두께가 너무 얇아질 경우, 절연체 역할을 못하기 때문이다.
또한, SiNx 박막의 두께가 10 nm 및 20 nm인 경우, 정류현상이 나타남을 알 수 있다.
또한, SiNx 박막의 두께가 500 nm인 경우, 전류가 흐르지 않음을 알 수 있다. 이는 SiNx 박막의 두께가 너무 두꺼워지면 절연체의 저항이 너무 높아져서 전류가 흐를 수 없기 때문이다.
본 발명에 따르면, 향상된 전기적 특성을 갖는 정류 다이오드를 제공할 수 있다.
또한, 기존 산화물 다이오드와 비교하였을 때 많은 제약을 받는 P-type 산화물 반도체를 절연체층으로 대체함에 따라, 재료선택의 폭이 보다 넓어질 수 있다. 따라서, 전기적 특성 변화의 조절 범위 또한 넓힐 수 있다.
또한, 산화물 반도체층과 절연체층 사이 계면에서 일어나는 정류 효과를 이용하기 때문에 사용할 수 있는 전극의 제약이 거의 없다.
또한, 가시광 영역에서의 투과율이 매우 높기 때문에 투명 소자에 응용 가능하다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
[부호의 설명]
100: 기판 200: 제1 전극
300: 절연체층 400: 산화물 반도체층
500: 제2 전극

Claims (15)

  1. 절연체 물질을 포함하는 절연체층; 및
    상기 절연체층 상에 위치하고, n형 ZnO 계열 산화물 반도체를 포함하는 산화물 반도체층을 포함하고,
    상기 절연체층과 상기 산화물 반도체층 사이에서 정류특성을 갖는 것을 특징으로 하는 정류 다이오드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연체층은 질화물 또는 산화물 절연체를 포함하는 정류 다이오드.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 n형 ZnO 계열 산화물 반도체는 IGZO인 것을 특징으로 하는 정류 다이오드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 절연체층과 전기적으로 연결된 제1 전극; 및
    상기 산화물 반도체층과 전기적으로 연결된 제2 전극을 더 포함하는 정류 다이오드.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 상기 산화물 반도체층과 정류특성을 갖지 않는 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 정류 다이오드.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 각각 독립적으로 Al, Cu, Pt, Ti, In, Ga, Zn, Au 및 Mo로 구성된 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 정류 다이오드.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 투명 전극인 것을 특징으로 하는 정류 다이오드.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 투명 전극은 ITO 전극인 것을 특징으로 하는 정류 다이오드.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 절연체층과 상기 산화물 반도체층의 두께 비는 1:1 내지 1:6인 정류 다이오드.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 절연체층의 두께는 10 nm 내지 200 nm인 정류 다이오드.
  11. 기판 상에 제1 전극을 형성하는 단계;
    상기 제1 전극 상에 절연체 물질을 포함하는 절연체층을 형성하는 단계;
    상기 절연체층 상에 n형 ZnO 계열 산화물 반도체를 포함하는 산화물 반도체층을 형성하는 단계; 및
    상기 산화물 반도체층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 절연체층과 상기 산화물 반도체층 사이에서 정류특성을 갖는 것을 특징으로 하는 정류 다이오드 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 산화물 반도체층을 형성하는 단계 및 상기 제2 전극을 형성하는 단계 사이에 또는 상기 제2 전극을 형성하는 단계 이후에,
    상기 기판을 열처리하는 단계를 더 포함하는 정류 다이오드 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 기판을 열처리하는 단계는 100 ℃ 내지 250 ℃의 온도에서 수행하는 것을 특징으로 하는 정류 다이오드 제조방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 절연체층은 질화물 또는 산화물 절연체를 포함하는 정류 다이오드 제조방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 n형 ZnO 계열 산화물 반도체는 IGZO인 것을 특징으로 하는 정류 다이오드 제조방법.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110010026A (ko) * 2009-07-23 2011-01-31 고려대학교 산학협력단 나노선과 나노입자막으로 구성된 ｐｎ 이종접합 다이오드 및 이를 제조하는 방법
JP2011124562A (ja) * 2009-11-13 2011-06-23 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 非線形素子、該非線形素子を有する表示装置および該表示装置を有する電子機器
JP2011243959A (ja) * 2010-04-20 2011-12-01 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置及びその作製方法
KR20120028272A (ko) * 2010-09-13 2012-03-22 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 반도체 장치, 파워 다이오드 및 정류기
JP2013125782A (ja) * 2011-12-13 2013-06-24 Hitachi Ltd 酸化物半導体装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110010026A (ko) * 2009-07-23 2011-01-31 고려대학교 산학협력단 나노선과 나노입자막으로 구성된 ｐｎ 이종접합 다이오드 및 이를 제조하는 방법
JP2011124562A (ja) * 2009-11-13 2011-06-23 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 非線形素子、該非線形素子を有する表示装置および該表示装置を有する電子機器
JP2011243959A (ja) * 2010-04-20 2011-12-01 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置及びその作製方法
KR20120028272A (ko) * 2010-09-13 2012-03-22 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 반도체 장치, 파워 다이오드 및 정류기
JP2013125782A (ja) * 2011-12-13 2013-06-24 Hitachi Ltd 酸化物半導体装置

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