산화물 트랜지스터의 신뢰성을 높이는 실전 기술들
IGZO TFT는 고해상도, 저전력, 투명 디스플레이에 적합한 박막 트랜지스터로 주목받고 있지만, 초기에는 안정성 문제로 인해 상용화에 제약이 있었습니다. 특히 온도 변화, 장기 사용, 광 노출 등 외부 환경에 민감해 성능이 저하되는 현상이 있었죠.
이번 글에서는 IGZO TFT의 안정성을 향상시키는 대표적인 기술과 연구 방향을 살펴보겠습니다.
🧪 IGZO TFT 안정성 문제의 원인
먼저 IGZO TFT가 왜 불안정해질 수 있는지를 알아야 개선 방안도 명확해집니다.
대표적인 열화 요인
- 광 노출에 의한 전자/정공 생성
- 산소 공공(Oxygen vacancy) 증가로 인한 누설 전류 증가
- 게이트 절연막과 채널 계면 열화
- 고온 환경에서의 이동도 감소
이러한 원인들은 전류 불안정, Threshold Voltage 이동(Vth shift), 수명 단축 등으로 이어집니다.
🔧 IGZO TFT 안정성 향상 방법 5가지
1. 산소 농도 최적화
IGZO는 산소 결함이 많은 구조인데, 산소 농도를 적절히 조절하면 이동도는 유지하면서도 안정성을 높일 수 있습니다.
- 산소 결함이 너무 많으면 누설 전류 증가
- 너무 적으면 이동도 저하
- 스퍼터링 공정 중 산소 분위기(O₂/Ar 비율) 조절이 핵심
2. 게이트 절연막 개선
게이트와 채널 사이의 계면 품질이 중요합니다.
Al₂O₃, HfO₂, SiON 등의 고품질 절연막을 사용하면 계면 결함을 줄여 안정성 향상에 기여할 수 있습니다.
- ALD(원자층 증착법)을 이용한 고정밀 증착 기술이 주목받고 있음
3. 패시베이션(보호막) 기술 적용
외부 공기, 수분, 자외선으로부터 채널을 보호하기 위해 패시베이션층을 형성합니다.
일반적으로 SiO₂, SiNx 등이 사용되며, 투명 디스플레이의 경우 무기/유기 복합 보호층이 활용되기도 합니다.
4. 후열처리(Post-Annealing) 공정
IGZO는 저온 공정에 적합하다는 장점이 있지만, 일정 온도에서 후처리를 해주면
구조 안정화, 산소 결합 재정렬 등을 통해 수명을 늘릴 수 있습니다.
- 200~400℃ 정도의 온도에서 진공 또는 산소 분위기 후열처리
5. 광 내성 강화 설계
디스플레이는 백라이트나 외부광에 지속 노출되기 때문에 광 안정성 확보가 매우 중요합니다.
이를 위해 광에 반응하지 않는 안정한 IGZO 조성 또는 차광층 설계를 추가하는 방법이 있습니다.
🧠 IGZO TFT 안정성 향상 요약
| 개선 항목 | 주요 효과 |
| 산소 농도 제어 | 이동도 vs 안정성 균형 유지 |
| 절연막 품질 개선 | 계면 결함 감소, 전계 제어 향상 |
| 보호막(패시베이션) | 외부 환경으로부터 채널 보호 |
| 후열처리 공정 | 구조 안정화, 산소 결합 재배열 |
| 광 내성 강화 | 자외선/광 노출 시 전기적 특성 유지 |
🧩 응용과 전망
안정성이 확보된 IGZO TFT는 다음과 같은 분야에서 활발히 적용되고 있습니다:
- OLED 디스플레이 구동용 TFT
- 폴더블 및 롤러블 디스플레이
- 초고해상도 태블릿 및 모니터
- 투명 디스플레이, HUD 등 차세대 인터페이스