이온성 탄성유전체 기반 Coplanar a-InGaZnO 박막 트랜지스터를 이용한 Active Pixel Sensor 회로 연구 = A Study on the Active Pixel Sensor Circuit using Coplanar a-InGaZnO TFTs based on Ionic elastomer

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 한 번의 증착을 통해 게이트, 소스, 드레인 전극을 형성하는 새로운 Coplanar 구조의 a-InGaZnO (amorphous-Indium Gallium Zinc Oxide) 박막 트랜지스터 (TFT: Thin Film Transistor)를 제작한다. 그리고 자외선을 통해 광 패터닝 공정으로 미세한 패턴 형성이 가능하며, 높은 정전용량을 가질 수 있는 이온성 탄성유전체를 게이트 절연막으로 사용하여 3V 이하의 낮은 전압에서 0.88 V의 문턱 전압, 8.1 의 전자 이동도와 같은 높은 전기적 특성을 가지는 구동 소자를 제작한다. 이를 통해 Coplanar a-InGaZnO 박막 트랜지스터를 기반으로 하는 압력에 의한 정전용량의 변화를 감지할 수 있는 APS (Active Pixel Sensor) 회로를 제안한다. 3개의 박막 트랜지스터와 1개의 정전용량식 압력센서로 연결되어있는 구성이며 APS 회로를 구성하는 센서 또한 게이트 절연막과 같은 물질인 이온성 탄성유전체를 사용하여 회로와 센서의 공정 과정을 간소화시킬 수 있는 이점을 가진다. 압력센서 압력 인가 시, 센서의 정전용량 값의 변화가 발생하고 연결된 회로의 출력 전압의 변화를 통해 제안된 APS 감지 회로의 동작을 확인하였다. 본 연구에서 제안한 이온성 탄성유전체 기반 Coplanar 구조의 APS 회로를 통해 플렉서블 및 저젼력 소모의 미래형 웨어러블 디스플레이 구현을 위한 감지 시스템 집적회로에 응용될 수 있을 것으로 기대된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this paper, a-InGaZnO (amorphous-Indium Gallium Zinc Oxide) Thin Film Transistor (TFT) of novel coplanar structure forming the gate, source, and drain electrodes are simultaneously produced through the deposition. Also, we use ionic elastomer as a gate insulator, which can form fine patterns through the light-patterning process through ultraviolet (UV) light and have high capacitance, to fabricate TFTs with high electrical characteristics such as threshold voltage of 0.88 V at a low voltage of less than 3 V and high field-effect mobility of 8.1 . Through this study, we propose an Active Pixel Sensor (APS) circuit that can detect changes in capacitance based on the Coplanar a-InGaZnO TFT. The configuration of our circuit is connected by three TFTs and one capacitive pressure sensor, and the sensors also are fabricated using ionic elastomer, such as gate insulator. Thus, we have the advantage of simplifying the fabrication process of the circuit and sensor. When applying pressure on the sensor, changes in the capacitance values of the sensor occurred and the operation of the proposed APS circuit was confirmed through changes in the output voltage. We expect that the APS circuit in the ionic elastomer-based coplanar structure proposed in this study will be applied to the sensing system integrated circuit for the implementation of future wearables display of flexible and low power consumption.

목차 (Table of Contents)

• 국문초록 ⅵ
• 영문초록 ⅷ
• 제 1 장 서론 1
• 1.1 연구배경 및 현황 1
• 1.2 연구목표 3
• 제 2 장 이론적 배경 4
• 2.1 산화물 박막 트랜지스터 4
• 2.1.1 박막 트랜지스터의 구조 4
• 2.1.2 산화물 반도체의 특성 5
• 2.1.3 산화물 박막 트랜지스터의 구동 원리 7
• 2.2 이온성 고분자 전해질 8
• 2.2.1 이온성 고분자 전해질 특성 8
• 2.2.2 이온성 고분자 기반 박막 트랜지스터 구동 특성 9
• 2.3 Active Pixel Sensor (APS) 11
• 2.3.1 APS 회로 구조 11
• 2.3.2 APS 회로 동작 원리 12
• 제 3 장 이온성 탄성유전체 기반 저전압 구동 Coplanar a-InGaZnO 박막 트랜지스터 제작 및 측정 14
• 3.1 제안된 Coplanar a-InGaZnO 박막 트랜지스터 제작 14
• 3.1.1 i-PUA 게이트 절연막 용액 제조 14
• 3.1.2 a-InGaZnO 산화물 반도체 용액 제조 14
• 3.1.3 박막 트랜지스터 전극 형성 15
• 3.1.4 a-InGaZnO 산화물 반도체 형성 15
• 3.1.5 i-PUA 게이트 절연막 형성 16
• 3.2 i-PUA 게이트 절연막 특성 16
• 3.3 제작된 박막 트랜지스터 전기적 특성 19
• 제 4 장 제작된 저전압 구동 Coplanar a-InGaZnO 박막 트랜지스터 기반 APS 회로 설계 및 제작 23
• 4.1 제안된 저전압 구동 APS 회로 23
• 4.1.1 정전용량식 압력센서 구동 원리 23
• 4.1.2 제안된 APS 회로 구동 원리 24
• 4.2 APS 회로 시뮬레이션 및 설계 25
• 4.3 APS 회로 제작 27
• 제 5 장 제작된 저전압 구동 Coplanar a-InGaZnO 박막 트랜지스터 기반 APS 구동 특성 29
• 5.1 제작된 i-PUA 기반 Coplanar 구조의 APS 회로 29
• 5.2 저전압 구동 Coplanar 구조의 APS 회로 구동 31
• 5.2.1 i-PUA 기반 압력센서 특성 31
• 5.2.2 i-PUA 기반 APS 회로 특성 34
• 제 6 장 결론 38
• 참고문헌 39