[신기술 소개] NIMS, 디스플레이 제어에 필요한 금속산화막 트랜지스터 개발에 성공 - 스마트폰의 배터리 지속성 향상 및 텔레비전의 고세밀화를 가능케 하는 차세대 디바이스 -

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Figure. 제작된 소자의 광학현미경상과 모식도.

실온 기판에 있어, DC 스패터에서 IWO타깃으로부터 박막을 SiO

/Si 기판 상에 만들고 전극을 형성한 뒤, 100 ℃에서 열처리 했다. 기판 상의 전극을 소스·드레인 전극으로 하여 기판을 게이 트 전극으로서 특성을 계측

NIMS, 디스플레이 제어에 필요한 금속산화막 트랜지스터 개발에 성공 - 스마트폰의 배터리 지속성 향상 및 텔레비전의 고세밀화를 가능케 하는 차세대 디바이스 -

일본 물질․재료연구소(NIMS) 국제나노아키텍토닉스연구거점(MANA) 츠카고시 카즈히토(塚越一仁) 연 구원 등은 이화학연구소(RIKEN) 나노사이언스연구시설과 공동으로 기존에 없는 원자재료 구성에 의한 금 속산화막 트랜지스터의 개발에 성공했다.

금속산화막 트랜지스터는 현재의 텔레비전, 컴퓨터, 스마트폰 등의 플랫 패널 화소를 스위치하는 비결정 질(amorphous) 실리콘 트랜지스터의 차세대 재료로서 연구 기술 개발이 진행되고 있다. 현재의 비결정질 실리콘 트랜지스터를 이용한 디스플레이에서는 고세밀화 및 터치패널화에 의해 소비 전력이 매우 증가하 고 있다. 이를 개선하기에는 한계가 있기 때문에 비결정질 실리콘 박막을 대신하는 새로운 재료가 필요하 게 되었다. 최근, 인듐, 갈륨, 아연을 산화시켜 혼합한 타깃으로 만들어진 IGZO막 트랜지스터가 높은 전계 효과 이동도로 동작하는 것이 발견되어 실용화 전개를 위한 프로세스 개발이 진행되고 있었다. 그러나 금 속산화막을 반도체 박막으로서 트랜지스터화하기 위해서는 재료의 산소나 수분을 제어하기가 매우 어렵기 때문이 이를 제어하는 것이 과제였다. 때문에 다루기 쉬운 원자로 구성되는 새로운 금속산화막이며 트랜지 스터 작동이 가능한 재료가 계속해서 탐색되고 있었다.

본 연구에서 연구진은 산화인듐에 산화텅스텐을 극미량 첨가함으로써 슬림형 트랜지스터로서 동작하는 IWO박막을 개발했다. 개발된 재료에는 비결정질 상태에서 제어가 어려운 원소인 갈륨이나 아연이 포함되 지 않는다. 또, 이 신재료는 기판 가열 등이 없이 저에너지로 스패터(spatter) 성막(成膜)하는 것만으로 균질 한 비결정질막을 만들 수 있기 때문에 박막화가 용이하며, 기존보다 얇은 두께 10 nm의 박막으로 보호막 이 없는 구조이지만 높은 특성을 지닌 트랜지스터로서 동작한다. 때문에 원료 단가가 높은 갈륨을 생략할 수 있을 뿐만 아니라 박막 원료량도 줄일 수 있어 재료비용을 저감시키고 제조 효율도 향상시킨다.

이번 성과는 폭발적으로 보급되고 있는 스 마트폰의 배터리 소비의 주원인인 디스플레 이의 저소비 전력화에 효과적일뿐만 아니라, 텔레비전의 고세밀화를 위한 주파수 향상에 효과적인 기술로서 기대된다.

이 연구 성과는 스미토모금속광산(주) 재 료사업본부의 협력을 얻어 이루어졌다.

출처 : 2012.10.17 NIMS(http://www.nims.go.jp/

news/press/2012/10/p201210170.html)

작성 : 소 대 섭(한국과학기술정보연구원)