KR101665863B1 - Rectifier diode and method of fabricating the same - Google Patents
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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.A rectifier diode and a manufacturing method thereof are provided. The rectifying diode includes an insulator layer including an insulator material, and a semiconductor layer disposed on the insulator layer and including an n-type ZnO-based oxide semiconductor, wherein the rectifying diode has a rectifying characteristic between the insulator layer and the semiconductor layer do. Therefore, it is possible to provide a rectifying diode having improved electrical characteristics. In addition, when the P-type oxide semiconductor is replaced with an insulator layer in comparison with the conventional oxide diode, the range of material selection can be further widened. Therefore, the range of adjustment of the electrical characteristic change can also be widened.
Description
본 발명은 정류 다이오드에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 산화물 반도체와 절연체 사이에서 일어나는 정류효과를 이용한 정류 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
정류 다이오드는 전류를 한 방향으로만 흐르게 하고, 그 역방향으로 흐르지 못하게 하는 성질을 가진 반도체 소자이다.A rectifier diode is a semiconductor device that has a property of causing current to flow in only one direction and not flowing in the opposite direction.
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.These rectifier diodes include PN junction diodes made of general N-type and P-type semiconductors, MS diode made of two layers of metal and semiconductor, or three layers of metal, insulator and semiconductor There is a configured MIS Diode.
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.On the other hand, oxide diodes under study are composed of an N-type oxide semiconductor and a P-type oxide semiconductor and have a rectifying ratio of about 10 4 to 10 6 .
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.Generally, P-type oxide semiconductors are not easy to fabricate because of the inherent characteristics of oxide semiconductors. For this reason, diodes made of N-type and P-type oxide semiconductors are subject to many restrictions in controlling electrical characteristics. Also, the rectifier ratio which is very important in the diode characteristic is relatively low.
따라서, 전기적 특성변화의 조절 범위를 넓힐 수 있고, 향상된 정류 비를 갖고, 나아가 투명 다이오드로 구현 가능한 새로운 정류 다이오드 소자의 개발이 필요하다.Therefore, it is necessary to develop a new rectifying diode device which can broaden the control range of electrical characteristic change, have an improved rectifying ratio, and can be realized as a transparent diode.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 투명하며 향상된 전기적 특성을 갖는 정류 다이오드 및 그 제조방법을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a rectifier diode which is transparent and has improved electrical characteristics and a method of manufacturing the rectifier diode.
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.According to an aspect of the present invention, there is provided a rectifier diode. The rectifying diode may include an insulator layer including an insulator material and an oxide semiconductor layer located on the insulator layer and including an n-type ZnO-based oxide semiconductor. And has a rectifying characteristic between the insulator layer and the oxide semiconductor layer.
또한, 상기 절연체층은 질화물 또는 산화물 절연체를 포함할 수 있다. 또한, 상기 n형 ZnO 계열 산화물 반도체는 IGZO인 것을 특징으로 한다.In addition, the insulator layer may include a nitride or an oxide insulator. The n-type ZnO-based oxide semiconductor is IGZO.
또한, 상기 절연체층과 전기적으로 연결된 제1 전극 및 상기 산화물 반도체층과 전기적으로 연결된 제2 전극을 더 포함할 수 있다.The semiconductor device may further include a first electrode electrically connected to the insulator layer and a second electrode electrically connected to the oxide semiconductor layer.
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.The first electrode and the second electrode may include a metal that does not have a rectifying characteristic 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.
또한, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 투명 전극인 것을 특징으로 한다. 이때의 투명 전극은 ITO 전극인 것을 특징으로 한다.The first electrode and the second electrode may be transparent electrodes. The transparent electrode is an ITO electrode.
또한, 상기 절연체층과 상기 산화물 반도체층의 두께 비는 1:1 내지 1:6일 수 있다.The thickness ratio of the insulator layer and the oxide semiconductor layer may be 1: 1 to 1: 6.
또한, 상기 절연체층의 두께는 10 nm 내지 200 nm일 수 있다.The thickness of the insulator layer may be 10 nm to 200 nm.
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.According to another aspect of the present invention, there is provided a rectifying diode manufacturing method. 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, forming an oxide layer including an n-type ZnO-based oxide semiconductor on the insulator layer Forming a semiconductor layer, and forming a second electrode on the oxide semiconductor layer. At this time, it has a rectifying characteristic between the insulator layer and the oxide semiconductor layer.
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.Further, the method may further include a step of heat-treating the substrate between the step of forming the oxide semiconductor layer and the step of forming the second electrode or after the step of forming the second electrode.
이때의 기판을 열처리하는 단계는 100 ℃ 내지 250 ℃의 온도에서 수행하는 것을 특징으로 한다.The step of heat-treating the substrate is performed at a temperature of 100 ° C to 250 ° C.
또한, 상기 절연체층은 질화물 또는 산화물 절연체를 포함할 수 있다. 또한, 상기 n형 ZnO 계열 산화물 반도체는 IGZO인 것을 특징으로 한다.In addition, the insulator layer may include a nitride or an oxide insulator. The n-type ZnO-based oxide semiconductor is IGZO.
본 발명에 따르면, 향상된 전기적 특성을 갖는 정류 다이오드를 제공할 수 있다.According to the present invention, a rectifier diode having improved electrical characteristics can be provided.
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.In addition, when the P-type oxide semiconductor is replaced with an insulator layer in comparison with the conventional oxide diode, the range of material selection can be further widened. Therefore, the range of adjustment of the electrical characteristic change can also be widened.
또한, 산화물 반도체층과 절연체층 사이 계면에서 일어나는 정류 효과를 이용하기 때문에 사용할 수 있는 전극의 제약이 거의 없다.Further, since the effect of rectification occurring at the interface between the oxide semiconductor layer and the insulator layer is utilized, there is almost no restriction of the usable electrode.
또한, 가시광 영역에서의 투과율이 매우 높기 때문에 투명 소자에 응용 가능하다.Further, since the transmittance in the visible light region is very high, it can be applied to a transparent element.
본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other technical effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
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.1 is a cross-sectional view of a rectifier diode according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of a rectifier diode according to another embodiment of the present invention.
FIGS. 3 to 8 are cross-sectional views illustrating a rectifier diode according to an exemplary embodiment of the present invention.
9 is a graph showing electrical characteristics of a single layer of a diode and an insulator formed by an oxide semiconductor and an insulator junction.
10 is an energy band diagram illustrating a process of forming an off-current of a diode formed of an oxide semiconductor and an insulator junction.
11 is a graph showing a CV characteristic of a diode formed of an oxide semiconductor and an insulator junction by 1 / C 2 value and voltage.
12 is an energy band diagram illustrating a process of forming an on-current of a diode formed of an oxide semiconductor and an insulator junction.
FIG. 13 is a plot of the IV characteristics of a diode formed of an oxide semiconductor and an insulator junction through a PN plot method.
14 is a graph showing the electrical characteristic (IV curve) of a diode made of an oxide semiconductor and an insulator in terms of Ln (I) value and voltage in order to obtain an ideal curve coefficient.
15 is a graph showing current-voltage characteristics of a rectifying diode according to Production Example 1. FIG.
16 is a graph showing the current-voltage characteristics of the rectifying diode according to Manufacturing Example 2. FIG.
17 is a graph showing the current-voltage characteristics of the rectifying diode according to Production Example 3. FIG.
18 is a graph showing current-voltage characteristics of a rectifying diode according to Production 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.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
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. While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. Rather, the intention is not to limit the invention to the particular forms disclosed, but rather, the invention includes all modifications, equivalents and substitutions that are consistent with the spirit of the invention as defined by the claims.
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. It will be appreciated that when an element such as a layer, region or substrate is referred to as being present on another element "on," it may be directly on the other element or there may be an intermediate element in between .
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.Although the terms first, second, etc. may be used to describe various elements, components, regions, layers and / or regions, such elements, components, regions, layers and / And should not be limited by these terms.
또한, 본 발명에서 사용하는 용어 “C/B/A 다층구조”는 A층 상에 B층 및 C층이 차례도 위치하는 구조를 의미한다.Further, the term " C / B / A multi-layer structure " used in the present invention means a structure in which a B layer and a C layer are sequentially disposed on the A layer.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정류 다이오드의 일 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a rectifier diode according to an embodiment of the present invention.
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.Referring to FIG. 1, a rectifier diode according to an embodiment of the present invention includes an
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.The
또한, 상기 절연체층(300)과 후술하는 산화물 반도체층의 두께 비는 1:1 내지 1:6로 설정하는 것이 바람직하다. 만일, 절연체층의 두께 대비 산화물 반도체층의 두께를 1:6을 초과하여 두껍게 설정할 경우, 산화물 반도체층 전체를 공핍층으로 형성하기 곤란한 바, 낮은 off-current를 구현하기 곤란할 수 있다.The thickness ratio of the
또한, 절연체층의 두께는 10 nm 내지 200 nm일 수 있다. 예컨대, SiNx 절연체층의 두께를 30 nm로 설정할 수 있다. 만일, 절연체층의 두께를 10 nm 이하로 설정할 경우, 절연체 역할을 못할 수 있다. 또한, 절연체층의 두께를 200 nm 초과로 설정할 경우, 절연체층의 저항이 너무 높아져서 전류가 흐르지 못하는 문제가 발생할 수 있다.Further, the thickness of the insulator layer may be 10 nm to 200 nm. For example, the thickness of the SiN x insulator layer can be set to 30 nm. If the thickness of the insulator layer is set to 10 nm or less, it may not serve as an insulator. When the thickness of the insulator layer is set to more than 200 nm, the resistance of the insulator layer becomes too high, and current may not flow.
산화물 반도체층(400)은 절연체층(300) 상에 위치한다. 이러한 산화물 반도체층(300)은 n형 ZnO 계열 산화물 반도체를 포함할 수 있다. 예컨대, 이러한 n형 ZnO 계열 산화물 반도체는 InGaZnO(IGZO)일 수 있다.The
또한, 이러한 n형 ZnO 계열 산화물 반도체는 비정질일 수 있다.Further, the n-type ZnO-based oxide semiconductor may be amorphous.
본 발명에 따르면, 절연체층(300)과 산화물 반도체층(400) 사이에 나타나는 정류특성을 이용한다.According to the present invention, rectification characteristics appearing between the
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.For example, when a positive voltage is applied to the
따라서, 본 발명에 따르면, 절연체층(300)과 산화물 반도체층(400) 사이에 나타나는 정류특성을 이용하기 때문에, 재료선택의 폭이 좁은 P-type 산화물 반도체을 사용하지 않아도, 정류특성을 갖는 산화물 다이오드를 구현할 수 있다.Therefore, according to the present invention, rectifying characteristics appearing between the
또한, 본 발명에 따른 정류 다이오드는 전기적 특성변화의 조절 범위를 넓힐 수 있고, 향상된 정류 비를 갖는다.Further, the rectifier diode according to the present invention can broaden the control range of the change in electrical characteristics and has an improved rectification ratio.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정류 다이오드의 일 단면도이다.2 is a cross-sectional view of a rectifier diode according to another embodiment of the present invention.
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.2, a rectifier diode according to an embodiment of the present invention includes a
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.The
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.The
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.For example, the
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.As another example, the
한편, 본 실시예와 다르게 제1 전극(200)은 후술하는 절연체층(300)과 전기적으로 연결되는 구조이면 그 형태 및 위치에 특별한 제한은 없다.The shape and position of the
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.The
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.The
또한, 이러한 n형 ZnO 계열 산화물 반도체는 비정질일 수 있다.Further, the n-type ZnO-based oxide semiconductor may be amorphous.
따라서, 이러한 절연체층(300)과 산화물 반도체층(400) 사이에 발생되는 정류 특성을 이용하여 다이오드 구동을 수행할 수 있다.Therefore, the diode driving can be performed by using the rectification characteristics generated between the
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(200) 역시 제1 전극(200)과 마찬가지로 물질의 특별한 제한이 없다. 따라서, 제2 전극(200)은 다양한 전극 물질을 사용할 수 있다.The
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.For example, the
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.As another example, the
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.On the other hand, the
도 3 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 정류 다이오드를 공정단계에 따라 나타낸 단면도들이다.FIGS. 3 to 8 are cross-sectional views illustrating a rectifier diode according to an exemplary embodiment of the present invention.
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.Referring to FIG. 3, a
이러한 기판(100)을 준비하는 단계는 세척(cleaning) 단계를 더 포함할 수 있다.The step of preparing the
예를 들어, 초음파세척기에 각각 10분씩 아세톤과 메탄올을 이용하여 유리 기판을 세척할 수 있다.For example, the glass substrate may be cleaned using acetone and methanol for 10 minutes each in an ultrasonic cleaner.
도 4를 참조하면, 기판(100) 상에 제1 전극(200)을 형성한다.Referring to FIG. 4, a
제1 전극(200)은 특별한 제한이 없이 다양한 전극 물질을 사용할 수 있다.The
이러한 제1 전극(200)은 통상의 증착 방법을 통해 형성될 수 있다. 예를 들어, 물리적 기상 증착법, 화학적 기상 증착법, 스퍼터링법 또는 용액공정법이 가능하다.The
도 5를 참조하면, 제1 전극(200) 상에 절연체 물질을 포함하는 절연체층(300)을 형성한다.Referring to FIG. 5, an
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.For example, such an insulator material may include a nitride or oxide insulator. For example, the insulator material may comprise silicon nitride (SiN x ), silicon oxide (SiO 2 ), or aluminum oxide (Al 2 O 3 ).
이러한 절연체층(300)은 물리적 기상 증착법, 화학적 기상 증착법, 스퍼터링법 또는 용액공정법을 이용하여 형성할 수 있다.The
도 6을 참조하면, 절연체층(300) 상에 n형 ZnO 계열 산화물 반도체를 포함하는 산화물 반도체층(400)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 6, an
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.The
이러한 산화물 반도체층(400)은 물리적 기상 증착법, 화학적 기상 증착법, 스퍼터링법 또는 용액공정법을 이용하여 형성할 수 있다.The
따라서, 이러한 절연체층(300)과 산화물 반도체층(400) 사이에서 정류특성을 갖는 것을 특징으로 한다.Therefore, it is characterized in that it has a rectifying characteristic between the
도 7을 참조하면, 제1 전극(200), 절연체층(300) 및 산화물 반도체층(400)이 형성된 기판(100)을 열처리할 수 있다.Referring to FIG. 7, the
이때의 열처리 온도는 100 ℃ 내지 250 ℃일 수 있다. 따라서, 이러한 어닐링(annealing) 단계를 통하여 정류 특성 향상 효과가 있다.The heat treatment temperature at this time may be from 100 ° C to 250 ° C. Therefore, there is an effect of improving the rectifying characteristic through the annealing step.
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.Further, the step of heat-treating such a substrate can be heat-treated in various atmosphere such as a vacuum atmosphere or a reducing atmosphere. For example, the substrate can be heat treated in a hydrogen (H 2 ) atmosphere.
한편, 이러한 열처리 단계는 제2 전극(500)을 형성하는 단계 이후에 수행할 수도 있다.The heat treatment may be performed after the
도 8을 참조하면, 산화물 반도체층(400) 상에 제2 전극(500)을 형성한다.Referring to FIG. 8, a
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.Since the rectifying diode according to the present invention utilizes the rectifying characteristic appearing between the
이러한 제2 전극(200)은 통상의 증착 방법을 통해 형성될 수 있다. 예를 들어, 물리적 기상 증착법, 화학적 기상 증착법, 스퍼터링법 또는 용액공정법이 가능하다.The
이하, 절연체층과 산화물 반도체층 사이에서 일어나는 정류현상 메커니즘에 대하여 설명한다.Hereinafter, a rectification mechanism occurring between the insulator layer and the oxide semiconductor layer will be described.
<정류 현상을 일으키는 과정 중 off-current를 형성시키는 과정><Process of forming off-current during rectification process>
도 9는 산화물 반도체와 절연체 접합으로 이루어진 다이오드 및 절연체 단일층의 전기적 특성을 측정한 그래프이다.9 is a graph showing electrical characteristics of a single layer of a diode and an insulator formed by an oxide semiconductor and an insulator junction.
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.9 (a) is a graph showing electrical characteristics of a diode (Mo / a-IGZO / SiN x / Mo) formed of an oxide semiconductor and an insulator junction. FIG. 9 (b) is a graph showing electrical characteristics of an insulator single layer (Mo / SiN x / Mo).
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.9A and 9B, the off-current of the diode using the oxide semiconductor and the insulator in FIG. 9A shows a very low leakage current. This shows a current value several thousands to several tens of times lower than the leakage current of the insulator of FIG. 9 (b).
도 10은 산화물 반도체와 절연체 접합으로 이루어진 다이오드의 off-current가 형성되는 과정을 설명하는 에너지 밴드 다이어그램이다.10 is an energy band diagram illustrating a process of forming an off-current of a diode formed of an oxide semiconductor and an insulator junction.
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.10, when a positive voltage, that is, a reverse bias, is applied to the upper electrode in the upper electrode / oxide semiconductor layer / insulator layer / lower electrode structure, an oxide semiconductor is doped into the depletion layer (depletion layer), and the resistance (R D ) of the oxide semiconductor, which is a depletion layer, and the resistance (R I ) of the insulator are combined to increase the total resistance of the diode. Therefore, a low current value is obtained.
도 11은 산화물 반도체와 절연체 접합으로 이루어진 다이오드의 C-V 특성을 1/C2 값과 전압으로 표현한 그래프이다.11 is a graph showing a CV characteristic of a diode formed of an oxide semiconductor and an insulator junction by 1 / C 2 value and voltage.
도 11을 참조하면, 일정 구간에서 선형적으로 증가함(적색선)에 따라 산화물 반도체(a-IGZO)가 depletion이 잘 형성됨을 알 수 있다.Referring to FIG. 11, it can be seen that the oxide semiconductor (a-IGZO) is well formed according to the linear increase (red line) in a certain section.
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.In other words, the voltage relationship with 1 / C 2 is known as a Mott-Schottky plot, and the inverse of the square of the capacitor of the semiconductor increases linearly with the voltage to form the depletion region of the semiconductor .
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.Therefore, it can be understood that the leakage current value of several thousands to several tens of thousands times lower than that of the single insulator is due to the resistance of the depletion layer of the insulator and the oxide semiconductor as a series resistance. In addition, it can be confirmed that the oxide semiconductor layer turns into a fully depleted layer (all of the oxide semiconductor layer changes into a depletion layer) as a constant capacitance value is observed at about 1.2 V or more.
<정류 현상을 일으키는 과정 중 on-current를 형성시키는 과정><Process of forming on-current during rectification phenomenon>
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.Referring to FIG. 9, the on-current flowing between the oxide semiconductor and the insulator of FIG. 9A has a current value several thousands times higher than the leakage current of the single insulator of FIG. 9 (b).
도 12는 산화물 반도체와 절연체 접합으로 이루어진 다이오드의 On-current가 형성되는 과정을 설명하는 에너지 밴드 다이어그램이다.12 is an energy band diagram illustrating a process of forming an on-current of a diode formed of an oxide semiconductor and an insulator junction.
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(적색선)에 따라 on-current를 형성한다.12, when a negative voltage, that is, a positive bias, is applied to the upper electrode in the upper electrode / oxide semiconductor layer / insulator layer / lower electrode structure, the energy barrier existing at the interface between the oxide semiconductor and the insulator is referred to as electron This is because there is a factor that lowers the energy barrier between the interface and the oxide semiconductor to the insulator so that the current can flow. That is, at the interface between the oxide semiconductor and the insulator, electrons form an on-current according to any reaction (red line) that can easily pass through the energy barrier of the insulator.
이 에너지 장벽을 낮추는 요인과 관련하여 P-N plot 방식을 통하여 Folwer-Nordheim mechanism을 통하여 전류가 흐른다는 것을 예상할 수 있다.It can be predicted that the current flows through the Folwer-Nordheim mechanism through the P-N plot method in relation to the factor of lowering the energy barrier.
도 13은 산화물 반도체와 절연체 접합으로 이루어진 다이오드의 I-V 특성을 P-N plot 방식을 통하여 plot한 결과이다.13 is a plot of I-V characteristics of a diode formed by an oxide semiconductor and an insulator junction through a P-N plot method.
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.Referring to FIG. 13, a graph (FN plot) expressing the electrical characteristics (IV curve) of the oxide semiconductor and the insulator in terms of ln (J / E 2 ) and 1 / E. Where J is the current density and E is the electric field. As shown in FIG. 12, a linearly increasing section is formed in the FN plot when the energy barrier of the insulator is exceeded.
즉, - 0.233 V에서 P-N plot의 기울기가 일차함수의 방정식임을 통해서 on-current를 형성시키는 전류가 Fowler-Nordheim 터널링 메커니즘의 지배적인 것을 확인할 수 있다.That is, the slope of the P-N plot at -0.233 V is a linear function equation, so that the current forming the on-current dominates the Fowler-Nordheim tunneling mechanism.
Fowler-Nordheim 터널링 메커니즘이란 두 재료 사이에 에너지 장벽이 존재할 시, 일정 전압을 주어 에너지 장벽을 타고 전류가 흐르는 메커니즘이다.The Fowler-Nordheim tunneling mechanism is a mechanism in which a current flows through an energy barrier when a certain energy barrier exists between two materials.
<다이오드 특성; 이상계수(Ideality factor) 부문><Diode characteristics; Ideality factor>
도 14는 산화물반도체와 절연체로 이루어진 다이오드의 전기적 특성(I-V curve)을 이상곡선계수를 구하기 위하여 Ln(I)값과 전압으로 표시한 그래프이다.14 is a graph showing an electrical characteristic (I-V curve) of a diode made of an oxide semiconductor and an insulator in terms of Ln (I) value and voltage in order to obtain an ideal curve coefficient.
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.Referring to FIG. 14, the conventional Si-based p-n junction has an abnormal coefficient of 1 to 2. However, p-n junctions made of conventional oxide semiconductors are known to have an ideal coefficient greater than 2. It is known to have an anomalous coefficient greater than 2 due to recombination occurring from the levels and defects existing on the surface and interface, or tunneling occurring from the deep level.
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.In the case of the diode made of the oxide semiconductor and the insulator fabricated in the present invention, the value is 2.53 in Fig. 14, which is similar to that of the diodes made of the previously reported oxide semiconductors. Accordingly, it can be expected that the diode fabricated in the present invention is a diode of the oxide semiconductor type.
제조예 1Production Example 1
본 발명의 일 실시예에 따른 [Mo/ZnO/Al2O3/Mo] 구조의 정류 다이오드를 제조하였다.A rectifying diode of a structure of [Mo / ZnO / Al 2 O 3 / Mo] according to an embodiment of the present invention was manufactured.
제1 전극은 Mo로 구성된다. 이러한 Mo 전극 상에 10 nm 두께의 Al2O3 절연체층을 화학적 기상 증착법을 이용하여 증착하였다.The first electrode is made of Mo. A 10 nm thick Al 2 O 3 insulator layer was deposited on the Mo electrode by chemical vapor deposition.
그 다음에, Al2O3 절연체층 상에 30 nm 두께의 ZnO 산화물 반도체층을 스퍼터링법을 이용하여 증착하였다. 이때의 ZnO층은 n형이다.Then, a 30 nm thick ZnO oxide semiconductor layer was deposited on the Al 2 O 3 insulator layer by sputtering. At this time, the ZnO layer is n-type.
그 다음에, ZnO 산화물 반도체층 상에 제2 전극으로 Mo 전극을 스퍼터링법을 이용하여 증착하였다.Then, a Mo electrode was deposited as a second electrode on the ZnO oxide semiconductor layer by sputtering.
그 다음에, 250 ℃에서 수소 분위기로 열처리하였다.Then, it was heat-treated at 250 DEG C in a hydrogen atmosphere.
제조예 2Production Example 2
본 발명의 일 실시예에 따른 [Mo/IGZO/SiNx/Mo] 구조의 정류 다이오드를 제조하였다.A rectifying diode of [Mo / IGZO / SiN x / Mo] structure according to an embodiment of the present invention was manufactured.
제1 전극은 Mo로 구성된다. 이러한 Mo 전극 상에 20 nm 두께의 SiNx 절연체층을 화학적 기상 증착법을 이용하여 증착하였다.The first electrode is made of Mo. A 20 nm thick SiN x insulator layer was deposited on the Mo electrode by chemical vapor deposition.
그 다음에, SiNx 절연체층 상에 60 nm 두께의 IGZO 산화물 반도체층 스퍼터링법을 이용하여 증착하였다.Then, a 60 nm thick IGZO oxide semiconductor layer was deposited on the SiN x insulator layer by sputtering.
그 다음에, IGZO 산화물 반도체층 상에 제2 전극으로 Mo 전극을 스퍼터링법을 이용하여 증착하였다.Then, a Mo electrode was deposited as a second electrode on the IGZO oxide semiconductor layer by sputtering.
그 다음에, 250 ℃에서 수소 분위기로 열처리하였다.Then, it was heat-treated at 250 DEG C in a hydrogen atmosphere.
제조예 3Production Example 3
본 발명의 일 실시예에 따른 [Mo/IGZO/Al2O3/Mo] 구조의 정류 다이오드를 제조하였다.A rectifying diode of a structure of [Mo / IGZO / Al 2 O 3 / Mo] according to an embodiment of the present invention was manufactured.
제1 전극은 Mo로 구성된다. 이러한 Mo 전극 상에 10 nm 두께의 Al2O3 절연체층을 화학적 기상 증착법을 이용하여 증착하였다.The first electrode is made of Mo. A 10 nm thick Al 2 O 3 insulator layer was deposited on the Mo electrode by chemical vapor deposition.
그 다음에, Al2O3 절연체층 상에 30 nm 두께의 IGZO 산화물 반도체층을 스퍼터링법을 이용하여 증착하였다.Then, a 30 nm thick IGZO oxide semiconductor layer was deposited on the Al 2 O 3 insulator layer by sputtering.
그 다음에, IGZO 산화물 반도체층 상에 제2 전극으로 Mo 전극을 스퍼터링법을 이용하여 증착하였다.Then, a Mo electrode was deposited as a second electrode on the IGZO oxide semiconductor layer by sputtering.
그 다음에, 250 ℃에서 수소 분위기로 열처리하였다.Then, it was heat-treated at 250 DEG C in a hydrogen atmosphere.
제조예 4Production Example 4
본 발명의 일 실시예에 따른 [ITO/IGZO/SiNx/ITO] 구조의 정류 다이오드를 제조하였다.A rectifying diode of [ITO / IGZO / SiN x / ITO] structure according to an embodiment of the present invention was manufactured.
제1 전극은 ITO로 구성된다. 이러한 ITO 전극 상에 10 nm 두께의 SiNx 절연체층을 화학적 기상 증착법을 이용하여 증착하였다.The first electrode is made of ITO. A 10 nm thick SiN x insulator layer was deposited on the ITO electrode by chemical vapor deposition.
그 다음에, SiNx 절연체층 상에 30 nm 두께의 IGZO 산화물 반도체층을 스퍼터링법을 이용하여 증착하였다.Then, a 30 nm thick IGZO oxide semiconductor layer was deposited by sputtering on the SiN x insulator layer.
그 다음에, IGZO 산화물 반도체층 상에 제2 전극으로 ITO 전극을 스퍼터링법 이용하여 증착하였다.Then, an ITO electrode was deposited as a second electrode on the IGZO oxide semiconductor layer by a sputtering method.
그 다음에, 250 ℃에서 수소 분위기로 열처리하였다.Then, it was heat-treated at 250 DEG C in a hydrogen atmosphere.
실험예 1Experimental Example 1
제조예 1 내지 제조예 4에 따른 정류 다이오드의 전류-전압 특성을 측정하였다.The current-voltage characteristics of the rectifying diodes according to Production Examples 1 to 4 were measured.
도 15는 제조예 1에 따른 정류 다이오드의 전류-전압 특성을 나타낸 그래프이다.15 is a graph showing current-voltage characteristics of a rectifying diode according to Production Example 1. FIG.
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.Referring to FIG. 15, it can be seen that the rectifying characteristic appears between the Al 2 O 3 layer and the n-type ZnO layer. At this time, a rectification ratio characteristic of about 10 4 to 10 5 appears.
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.16 is a graph showing the current-voltage characteristics of the rectifying diode according to Manufacturing Example 2. FIG. 17 is a graph showing the current-voltage characteristics of the rectifying diode according to Production Example 3. In FIG.
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.Referring to FIG. 16 and FIG. 17, rectification characteristics also show when IGZO is used as the oxide semiconductor layer. Further, it can be seen that the rectification ratio of the rectifier diode according to Production Example 2 and Production Example 3 is about 10 8 to 10 9 and the rectification ratio characteristic is improved as compared with the rectifier diode according to Production Example 1.
도 18은 제조예 4에 따른 정류 다이오드의 전류-전압 특성을 나타낸 그래프이다.18 is a graph showing current-voltage characteristics of a rectifying diode according to Production Example 4. FIG.
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.Referring to FIG. 18, it can be seen that the rectifying characteristic also appears when the first electrode and the second electrode are used as the ITO transparent electrode. The rectification ratio at this time was measured to be about 10 8 to 10 9 . Therefore, it can be seen that the present invention is applicable to a transparent element.
실험예 2Experimental Example 2
도 19는 본 발명에 따른 정류 다이오드에서 절연체층의 두께에 따른 전류-전압 특성을 나타낸 그래프이다. 이때의 정류 다이오드는 [Mo/IGZO/SiNx/Mo] 구조이다.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. At this time, the rectifier diode has a structure of [Mo / IGZO / SiN x / Mo].
도 19를 참조하면, SiNx 박막의 두께를 3 nm, 10 nm, 20 nm 및 500 nm로 설정하여 전류-전압 특성을 측정하였다.Referring to FIG. 19, the current-voltage characteristics were measured by setting the thicknesses of the SiN x thin films to 3 nm, 10 nm, 20 nm, and 500 nm.
SiNx 박막의 두께가 3 nm인 경우, 정류현상이 나타나지 않음을 알 수 있다. 이는 SiNx 박막의 두께가 너무 얇아질 경우, 절연체 역할을 못하기 때문이다.When the thickness of the SiN x thin film is 3 nm, the rectification phenomenon does not appear. This is because, when the thickness of the SiN x thin film becomes too thin, it does not function as an insulator.
또한, SiNx 박막의 두께가 10 nm 및 20 nm인 경우, 정류현상이 나타남을 알 수 있다.In addition, it can be seen that the rectification phenomenon appears when the thickness of the SiN x thin film is 10 nm and 20 nm.
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.Also, it can be seen that no current flows when the thickness of the SiN x thin film is 500 nm. This is because if the thickness of the SiN x thin film becomes too thick, the resistance of the insulator becomes too high and the current can not flow.
본 발명에 따르면, 향상된 전기적 특성을 갖는 정류 다이오드를 제공할 수 있다.According to the present invention, a rectifier diode having improved electrical characteristics can be provided.
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.In addition, when the P-type oxide semiconductor is replaced with an insulator layer in comparison with the conventional oxide diode, the range of material selection can be further widened. Therefore, the range of adjustment of the electrical characteristic change can also be widened.
또한, 산화물 반도체층과 절연체층 사이 계면에서 일어나는 정류 효과를 이용하기 때문에 사용할 수 있는 전극의 제약이 거의 없다.Further, since the effect of rectification occurring at the interface between the oxide semiconductor layer and the insulator layer is utilized, there is almost no restriction of the usable electrode.
또한, 가시광 영역에서의 투과율이 매우 높기 때문에 투명 소자에 응용 가능하다.Further, since the transmittance in the visible light region is very high, it can be applied to a transparent element.
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.It should be noted that the embodiments of the present invention disclosed in the present specification and drawings are only illustrative of specific examples for the purpose of understanding and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention are possible in addition to the embodiments disclosed herein.
100: 기판 200: 제1 전극
300: 절연체층 400: 산화물 반도체층
500: 제2 전극100: substrate 200: first electrode
300: insulator layer 400: oxide semiconductor layer
500: Second electrode
Claims (15)
상기 절연체층 상에 위치하고, n형 ZnO 계열 산화물 반도체를 포함하는 산화물 반도체층을 포함하며,
상기 절연체층과 상기 산화물 반도체층 사이에서 정류특성을 가지고, 상기 절연체층과 상기 산화물 반도체층의 두께비는 1:1 내지 1:6인 것을 특징으로 하는 정류 다이오드.An insulator layer including an insulator material; And
And an oxide semiconductor layer located on the insulator layer and including an n-type ZnO-based oxide semiconductor,
Wherein the insulator layer and the oxide semiconductor layer have a rectifying property between the insulator layer and the oxide semiconductor layer, and the thickness ratio of the insulator layer and the oxide semiconductor layer is 1: 1 to 1: 6.
상기 절연체층은 질화물 또는 산화물 절연체를 포함하는 정류 다이오드.The method according to claim 1,
Wherein the insulator layer comprises a nitride or oxide insulator.
상기 n형 ZnO 계열 산화물 반도체는 IGZO인 것을 특징으로 하는 정류 다이오드.The method according to claim 1,
Wherein the n-type ZnO-based oxide semiconductor is IGZO.
상기 절연체층과 전기적으로 연결된 제1 전극; 및
상기 산화물 반도체층과 전기적으로 연결된 제2 전극을 더 포함하는 정류 다이오드.The method according to claim 1,
A first electrode electrically connected to the insulator layer; And
And a second electrode electrically connected to the oxide semiconductor layer.
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 상기 산화물 반도체층과 정류특성을 갖지 않는 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 정류 다이오드.5. The method of claim 4,
Wherein the first electrode and the second electrode comprise a metal that does not have a rectifying characteristic with the oxide semiconductor layer.
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.6. The method of claim 5,
Wherein the first electrode and the second electrode each independently comprise at least one selected from the group consisting of Al, Cu, Pt, Ti, In, Ga, Zn, Au and Mo.
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 투명 전극인 것을 특징으로 하는 정류 다이오드.5. The method of claim 4,
Wherein the first electrode and the second electrode are transparent electrodes.
상기 투명 전극은 ITO 전극인 것을 특징으로 하는 정류 다이오드.8. The method of claim 7,
Wherein the transparent electrode is an ITO electrode.
상기 절연체층의 두께는 10 nm 내지 200 nm인 정류 다이오드.The method according to claim 1,
Wherein the insulator layer has a thickness of 10 nm to 200 nm.
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