1. 개요
산화물 TFT(thin-film transistor), 산화물 박막트랜지스터라고도 한다. 이전의 비정질 실리콘 박막트랜지스터(a-Si TFT)를 대체하여 연구 개발되어 실용화하고 있다. 산소와 금속이 결합한 트랜지스터로 비정질인 경우의 상태를 많이 사용된다. 현재 LG디스플레이에서 TV 화소별 스위칭 소자로 많이 사용중이다. TFT에 대해서는 LG 디스플레이 링크를 참조하길 바란다.2. 역사
초창기에는 ZnO를 시작으로 연구가 활성화되기 시작하여 일본의 호소노 교수가 InGaZnO를 개발하여 논문에 투고한 이후, 엄청난 속도로 연구가 발전되어 현재는 디스플레이 회사에서 대형디스플레이에는 양산에 들어갔고, Apple의 Apple watch에도 LTPS와 산화물TFT가 복합돼 들어간 LTPO의 형태로 탑재되기도 했다. 그 후 갤럭시 S21시리즈와 Z fold 2에도 LTPO가 탑재되며 본격적인 양산 기술로 자리잡았다.향후 실리콘을 대체할 수 있는 기술로 자리잡을 수 있을지가 관건으로 보인다.
디스플레이에선 LTPS와 비교하였을 때 상대적으로 낮은 이동도와 p-type의 부재[1] 등이 넘어서야할 점으로 지적된다. 이에 Oxide와 LTPS를 동시에 사용하는 LTPO가 개발됐으나, 두 반도체 공정을 모두 사용하기 때문에 공정이 매우 복잡하고 비싸다는 단점이 있다. 모든 Tr의 반도체를 oxide로 사용하는 'all-oxide 디스플레이'의 개발이 필요한 이유이다.
반도체에서는 우수한 BEOL공정 호환성을 갖는다는 점이 큰 장점이다. 특히 낮은 오프 전류를 잘 활용할 수 있는 곳이 DRAM의 Tr인데, refresh 타임을 크게 늘릴 수 있을 것으로 기대되며, 1T1C 구조뿐 아니라 2T0C의 oxide기반 DRAM도 다수 보고되고 있다.
타 재료 대비 굉장히 낮은 오프 전류와 나쁘지 않은 이동도, 투명성과 유연성이라는 실리콘 대비 확실한 장점도 있기 때문에, 기대감이 크다.
국내에서는 ETRI 뿐만 아니라, 연세대학교 김현재 교수 연구실, 한양대학교 정재경 교수 연구실, 한양대학교 박진성 교수 연구실, UNIST 김정환 교수 연구실, 경희대학교 윤성민 교수 연구실, 동국대학교 김현석 교수 연구실, 중앙대학교 권혁인 교수 연구실 등이 이 산화물 TFT를 이용한 디스플레이/메모리반도체 어플리케이션에 대하여 연구 중이다.
3. 특성
a-Si TFT, LTPS(Low Temperature Poly Silicon) TFT와 비교해서 다음의 특징을 가진다.- a-Si TFT보다 약 10배 빠른 전자이동으로 빠른 응답속도를 가진다.
- LTPS TFT보다 쉽고 저렴한 비용으로 대형 화면을 만들수 있다.
- 기존 a-Si TFT 공정을 이용하여 제조할 수 있다.(비용절감)
- LTPS TFT보다 균일도가 높아 대형화면 제조에 유리하다.
- 다양한 형태의 절연막을 기판으로 사용할 수 있어 유리, 플라스틱, 종이 등에 증착하여 제조할 수 있다.
- 현재 In(인듐), Ga(갈륨), Zn(아연), O(산소)를 결합한 IGZO라는 산화물을 사용하는데 이 외에도 여러가지 조성으로 연구중에 있다.[2]
- Oxide TFT는 빛과 산소, 수소, 수분에 열화되는 현상이 나타난다. 이중 수소가 안정성에 큰 영향을 준다고 발표되었다.
LG 디스플레이에서 비교한 도표
| a-Si | LTPS | Oxide TFT | |
| 전자 이동 속도 | 매우 느림 | 매우 빠름 | 빠름 |
| 확장성 | 100인치 이상 | 50인치 이하 | 100인치 가능 |
| 비용 | 낮음 | 높음 | 보통 |
4. 기타
[1]
도핑을 해서 p-type으로 만들면 소재가 전기적으로 중성인 상태를 벗어나 전기적으로 양성을 띤다. 이 상태를 보상하여 전기적 중성을 맞춰주기 위해서 전자를 내놓는 산소 공공의 결함 생성 에너지가 낮아진다. 따라서 p-type 도핑을 해 봤자 산소 공공이 쉽게 생기게 되고 도핑으로 인해 생성된 양공이 산소공공에 의해 형성된 전자와 만나서 줄어든다.
[2]
현재까지 발표된 연구결과로는 ITZO(Indium Tin Zinc Oxide)는 이동도가 30cm/V·Sec까지 상승, IZTO에 G을 추가한 IGZTO는 이동도와 신뢰성이 상승, ZnON(Zinc Oxide Nitride) TFT는 100cm/V·Sec까지 상승했다는 발표가 있다. BOE는 ZnO TFT를 적용해 14.1인치의 AMOLED의 데모버전을 선보였다.