High mobility and high current driving characteristics are essential to realize ultra-high resolution and ultra-realistic displays. In this study, high mobility characteristics were realized through a trench-structured oxide thin film transistor in which different materials were applied to the bottom and side buffer layers. In previous trench- structured thin film transistors, since the sputtering method had been used to obtain high current driving characteristics, the uniformity of the thin film has deteriorated. However, in this study, the effect of increasing the driving current can be obtained even when the active layer is deposited through the atomic layer deposition method. When the Al2O3 buffer layer was applied to the planar structure transistor, the resistance of the active layer was very low and exhibited conductive characteristics. When the SiO2 buffer layer was applied, stable switching characteristics were exhibited, but relatively low driving current was obtained. It was analyzed that the effect of increasing the driving current appeared because oxygen vacancies and hydrogen, which are shallow donors, diffused from the Al2O3 buffer layer to the active layer. In a single oxide TFT, the active layer in contact with Al2O3 has a high carrier concentration to increase current and mobility, and the part in contact with SiO2 has a relatively low carrier concentration and high thin film roughness to keep the turn-on voltage not moving significantly to the negative direction. The validity of this study was proved by various quantitative and qualitative analyses for oxygen vacancies and hydrogen, and investigating the device characteristics by adjusting the bottom channel layer.
초고해상도 및 초실감형 디스플레이를 구현하기 위해서는 고이동도 및 고 전류 구동 특성이 필수적이다. 본 연구에서는 하부 버퍼층과 측면 버퍼층에 다른 물질을 적용한 트렌치 구조의 산화물 박막 트랜지스터를 통해 고 전류 특성을 실현하였다. 기존의 트렌치 구조 박막 트랜지스터 에서는 고 전류 구동 특성을 얻기 위해 반드시 스퍼터링 방법을 이용해야 했기 때문에 박막의 균일도가 저하된다는 문제점이 있었다. 하지만 본 연구에서는 원자층 증착 방법을 통해서 활성층을 증착하여도 구동 전류 증강의 효과를 얻을 수 있게 되었다. 산화 알루미늄 버퍼층을 평면 구조 트랜지스터에 적용하였을 때에는 활성층의 저항이 매우 낮아져 전도체와 같은 특성을 띄었고, 이산화 규소 버퍼층을 적용하였을 때에는 안정적인 스위칭 특성을 띄었지만 상대적으로 낮은 구동 전류를 보였다. 따라서 두 종류의 버퍼를 트렌치 구조를 이용해 하나의 소자에 동시에 적용하였고, 그 결과 높은 구동 전류를 가지면서 동작 전압이 음의 방향으로 거의 이동하지 않는 소자를 제작하였다. 원인 분석 결과 산화 알루미늄 버퍼층으로부터 활성층으로 얕은 도너인 산소 공공과 수소가 확산되었기 때문에 구동 전류 증강의 효과가 나타난 것으로 분석되었다. 하나의 소자에서 산화 알루미늄과 닿고 있는 활성층에는 높은 캐리어 농도를 가져 전류 및 이동도를 높여주고, 이산화 규소와 닿고 있는 부분에서는 상대적으로 낮은 캐리어 농도 및 높은 박막 거칠기를 가져 동작 전압을 음의 방향으로 크게 이동하지 않은 상태로 유지시킬 수 있었다. 산소 공공과 수소에 대한 정량 및 정성 분석을 진행하였고, 하부 채널층의 길이를 조절하면서 본 연구의 타당성을 증명하였다.
