Study on Turn-on Voltage Shift of Amorphous In-Ga-Zn-O MIOSM Thin-Film Diodes

Abstract

최근 MIOSM (Metal-Insulator-Oxide Semiconductor-Metal) 박막 다이오드 (TFD)는 높은 정류 율을 갖으며 넓은 전압 범위에서 동작하는 장점이 있어 차세대 다이오드로 주목받고 있다. 하지만 박막을 사용하는 전자 장치의 회로 설계 편의와 확장성을 위해 MIOSM TFD의 정밀 턴온 전압 제어가 필요하다. 이 논문에서는 MIOSM TFD의 턴온 전압을 간단하고 정확하게 변경하는 방법과 메커니즘을 보고한다. MIOSM TFD의 턴온 전압 제어는 절연체 내부에 채워진 트랩 상태의 양과 절연체에 주입되는 전하 캐리어의 수를 조정하여 쉽게 설정할 수 있다. a-IGZO를 RF Sputtering 증착 시 Ar:O2 가스 유량 비율을 조정하는 방법으로 손쉽게 전하 캐리어 밀도를 조절할 수 있다. MIOSM TFD의 턴온 전압은 ± 4V의 낮은 작동 전압 범위에서 뿐만 아니라 ± 50V의 높은 작동 전압 범위까지도 자유롭게 설정할 수 있다. 또한 턴온 전압이 이동한 상태에서도 여전히 106이상의 높은 정류 율을 유지한다. MIOSM TFD의 턴온 전압을 쉽고 정확하게 제어할 수 있는 새로운 방법과 분석된 메커니즘은 다이오드의 적용 성과 확장 성을 가속화할 것으로 기대한다.

Recently, metal-insulator-oxide semiconductor-metal (MIOSM) thin-film diodes (TFDs) have received attention as a next-generation diode due to the high rectification ratio and their broad option on operating voltage range. Nevertheless, precise turn-on voltage control of the MIOSM TFDs has been required for circuit design convenience. I report the method and mechanism for varying the turn-on voltage of MIOSM TFD in a much simpler and more accurate way. The turn-on voltage of the MIOSM TFD can be easily set by adjusting the amount of trap state that is filled inside the insulator, and the number of charge carriers injected into the insulator. The diodes adopting the new method can freely set various turn-on voltages of MIOSM TFDs not only in the low operating voltage range of ±4 V, but also in the high operating voltage range of ±50 V, and maintain a high rectification ratio of over 106 even when the diode's turn-on voltage is shifted. My new method and the analyzed mechanism that can easily and accurately change the turn-on voltage of MIOSM TFD are expected to accelerate the diode's applicability and expandability.