The transparent electrode is very important in transparent thin film transistor (TFT). It needs low re-sistance, and high transparency. Nowadays indium tin oxide(ITO) is widely used for gate electrode of the transparent oxide TFTs because it has high transmittance (>90%) and relatively low resistivity (1~5o10-4 Ωocm). However, in a high resolution display, ITO is not proper due to exhibit a RC delay and signal distortion with increasing distance from the power source.
Oxide TFTs have high stability when the turn-on voltage value is small negative value. However, if oxide TFT have a small sub-threshold slope and slightly negative threshold voltage, it create high current at zero gate bias. The transparent oxide TFT threshold voltage control is not easy without mobility degradation or increasing the device instability. However, threshold voltage control is very important to maximize the cir-cuit performance and minimize the standby power consumption.
In this study, we have presented transparent TFTs which adopt a low-resistive, transparent and threshold voltage controllable multilayer gate electrode. The structure of multilayer is indium-gallium-zinc oxide (IGZO) / aluminum oxide (Al2O3) / work function tuning layer / ITO / silver (Ag) / zinc sulfide (ZnS). The IGZO layer was used as the active material of the TFTs. The Al2O3 layer was used as the gate insulator. The main role of the work function tuning layer was for designing the proper threshold voltage. ITO was in-serted to form the non-reactive interface with work function tuning layer. Molybdenum trioxide (MoO3) and Tungsten trioxide (WO3) was used for work function tuning layer, because it has higher work function than ITO. To obtain the low sheet resistance, an Ag layer was stacked above the ITO for lateral conduction. High refractive index material, ZnS for index matching layer got the high transparency by using destructive inter-ference. We got the high luminous transmittance (>92%) from the optically optimized electrodes IGZO / Al2O3 / MoO3 / ITO / Ag / ZnS (MIAZ) and IGZO / Al2O3 / WO3 / ITO / Ag / ZnS (WIAZ). Sheet resistances of MIAZ and WIAZ electrodes were 7.77 Ω/□ and 6.73 Ω/□ that value was smaller than that of ITO(39.96 Ω/□). TFT with MIAZ gate electrode showed different threshold voltage to those of ITO gate electrode based TFT with-out mobility and electrical stability degradation. However, TFT with WIAZ gate electrode showed different electrical performance to those of ITO gate electrode based TFT, because the thickness of WO3 and ITO was not optimized yet.
투명 TFT에서 투명 전극은 아주 중요하고, 낮은 저항과 높은 투과도를 필요로 한다. 오늘날 90% 이상의 투과도와 1~5o10-4 Ωocm의 상대적으로 낮은 resistivity를 갖는 인듐 주석 산화물(ITO)이 투명 산화물 TFT의 gate 전극으로 널리 사용되고 있다. 하지만 ITO는 전원에서 거리가 멀어질수록 RC delay와 신호의 왜곡을 초래하기 때문에 고해상도 디스플레이에는 적합하지 않다.
산화물 TFT는 turn-on 전압이 원점에 가까이 있는 음수 일때 높은 안정성을 가진다. 그러나 산화물 TFT가 작은 subthreshold slope과 음수의 문턱전압을 가지고 있으면 gate bias가 없을 때 높은 전류가 흐르게 된다. 모빌리티의 저하와 소자의 불안정성을 증가시키지 않고 투명 산화물 TFT의 문턱전압을 조절하는것은 쉽지 않다. 하지만 회로의 성능을 극대화하고 대기소모전력을 최소화하기 위해서 문턱전압 조절은 아주 중요하다.
본 연구에서는 저저항의 문턱전압 조절 가능한 다층박막 투명 gate 전극을 투명 TFT에 적용하였다. 다층박막의 구조는 indium-gallium-zinc oxide (IGZO) / aluminum oxide (Al2O3) / work function tuning layer / ITO / silver (Ag) / zinc sulfide (ZnS) 이렇게 구성되어 있다. IGZO층은 TFT의 active 층으로 사용되고 Al2O3는 gate insulator로 사용되었다. 적절한 문턱전압을 설계하기 위해 work function tuninglayer를 삽입하고. work function tuning layer와 반응하지 않는 경계면을 형성하기 위해 ITO를 삽입하였다. ITO보다 높은 work function을 갖는 Molybdenum trioxide (MoO3)와 Tungsten trioxide (WO3)가 work function tuning layer로 사용되었다. 낮은 면저항을 얻기 위해 Ag를 ITO위에 쌓았다. 가시광 영역의 빛을 상쇄간섭을 일으켜 투과도를 증가시키기 위해 index matching layer로 높은 굴절율을 갖는 ZnS를 마지막층으로 사용했다. 광학적으로 최적화된 IGZO / Al2O3 / MoO3 / ITO / Ag / ZnS (MIAZ) 와 IGZO / Al2O3 / WO3 / ITO / Ag / ZnS (WIAZ) 구조의 전극으로 부터 92% 이상의 luminous transmittance를 얻었고, MIAZ 전극과 WIAZ 전극의 면저항은 각각 7.77 Ω/□ and 6.73 Ω/□로 39.96 Ω/□의 ITO보다 5배이상 작았다. MIAZ전극을 적용한 TFT의 경우 ITO gate를 적용한 TFT와 비교해 문턱전압의 이동만 있고 성능의 저하는 없었다. 하지만 WIAZ의 경우 약간의 성능 저하가 있었는데, WO3와 ITO의 두께가 전기적으로 최적화가 이루어지지 않았기 때문이다.
