KR20210082319A - 포토 트랜지스터 및 이를 포함하는 표시 장치 - Google Patents

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KR20210082319A
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김태상
김현재
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임준형
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

포토 트랜지스터 및 이를 포함하는 표시 장치가 제공된다. 일 실시예에 따른 포토 트랜지스터는 기판 상에 배치된 게이트 전극, 상기 게이트 전극을 절연시키는 게이트 절연막, 상기 게이트 절연막을 사이에 두고 상기 게이트 전극과 중첩하며, 금속 산화물을 포함하는 제1 활성층, 상기 제1 활성층 상에 배치되며, 셀레늄을 포함하는 제2 활성층, 및 상기 제2 활성층에 각각 연결되는 소스 전극 및 드레인 전극을 포함할 수 있다.

Description

포토 트랜지스터 및 이를 포함하는 표시 장치{PHOTO TRANSISTOR AND DISPLAY DEVICE COMPRISING OF THE SAME}
본 발명은 포토 트랜지스터 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.
포토 트랜지스터는 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 광 센서의 한 종류로서, 빛의 세기에 따라 흐르는 전류가 변화하는 광기전력 효과를 이용한다. 포토 트랜지스터는 트랜지스터를 이용하여 광 전류를 증폭시킬 수 있어 포토 다이오드에 비해 빛에 더 민감한 장점이 있다.
산화물 반도체는 비정질 실리콘에 비해서 높은 이동도, 투명성, 저온 공정 등 다양한 장점을 가지고 있어 최근에는 산화물 반도체를 포토 트랜지스터에 활용하고자 하는 노력들이 계속되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 가시광선 대역의 광 흡수율을 향상시킬 수 있는 포토 트랜지스터를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 포토 트랜지스터를 광센서로 구비하는 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 포토 트랜지스터는 기판 상에 배치된 게이트 전극, 상기 게이트 전극을 절연시키는 게이트 절연막, 상기 게이트 절연막을 사이에 두고 상기 게이트 전극과 중첩하며, 금속 산화물을 포함하는 제1 활성층, 상기 제1 활성층 상에 배치되며, 셀레늄을 포함하는 제2 활성층, 및 상기 제2 활성층에 각각 연결되는 소스 전극 및 드레인 전극을 포함할 수 있다.
상기 제1 활성층과 상기 제2 활성층은 상기 게이트 전극과 중첩하는 영역에서 서로 접할 수 있다.
상기 제1 활성층은 상기 제2 활성층보다 상기 게이트 전극에 인접하여 배치될 수 있다.
상기 소스 전극은 상기 제2 활성층의 일부를 덮고, 상기 드레인 전극은 상기 제2 활성층의 다른 일부를 덮을 수 있다.
상기 제1 활성층의 측벽과 상기 제2 활성층의 측벽은 서로 접하여 상호 정렬될 수 있다.
상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극 각각은 상기 제1 활성층과 상기 제2 활성층 사이에 배치될 수 있다.
상기 제1 활성층은 산화물 반도체, 비정질 실리콘, 다결정 실리콘 또는 2D 물질(2 dimensional material)을 포함할 수 있다.
상기 산화물 반도체는 인듐(In), 아연(Zn), 갈륨(Ga), 주석(Sn), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr) 또는 마그네슘(Mg) 중 어느 하나 이상을 포함하는 화합물을 포함하며, 상기 2D 물질은 그래핀(graphene) 또는 MoS를 포함할 수 있다.
상기 제2 활성층은 적어도 셀레늄을 포함하며, 구리(Cu), 인듐(In) 또는 갈륨(Ga) 중 어느 하나 이상을 포함하는 화합물을 포함할 수 있다.
상기 제2 활성층의 두께는 5 내지 300nm일 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 표시 장치는 투과 영역 및 발광 영역을 포함하는 기판, 상기 기판 상에 배치되며, 제1 트랜지스터 및 제2 트랜지스터를 포함하는 트랜지스터층, 상기 트랜지스터층 상에 배치되며, 적어도 제1 전극을 포함하는 발광 소자층, 및 상기 발광 소자층 상에 배치되며, 복수의 전극들을 포함하는 터치 센싱 유닛을 포함하며, 상기 제1 트랜지스터는 게이트 전극, 금속 산화물을 포함하는 제1 활성층, 셀레늄을 포함하는 제2 활성층, 및 소스 전극과 드레인 전극을 포함할 수 있다.
상기 제1 트랜지스터는 상기 기판의 상기 투과 영역과 중첩하고, 상기 제2 트랜지스터는 상기 발광 영역과 중첩할 수 있다.
상기 제1 트랜지스터는 상기 발광 소자층의 상기 제1 전극과 비중첩하고, 상기 터치 센싱 유닛의 상기 복수의 전극들과 비중첩할 수 있다.
상기 제2 트랜지스터는 상기 발광 소자층의 상기 제1 전극과 중첩하고, 상기 터치 센싱 유닛의 상기 복수의 전극들과 비중첩할 수 있다.
상기 발광 소자층은 상기 제1 전극, 상기 제1 전극과 대향하는 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 개재된 유기 발광층을 더 포함하며, 상기 제1 트랜지스터 및 상기 제2 트랜지스터는 상기 제2 전극과 중첩할 수 있다.
상기 발광 소자층과 상기 터치 센싱 유닛 사이에 배치된 박막 봉지층을 더 포함할 수 있다.
상기 터치 센싱 유닛의 상기 복수의 전극들은 구동 전극들과 감지 전극들을 포함할 수 있다.
상기 제1 활성층과 상기 제2 활성층은 상기 게이트 전극과 중첩하는 영역에서 서로 접할 수 있다.
상기 제1 활성층은 상기 제2 활성층보다 상기 게이트 전극에 인접하여 배치될 수 있다.
상기 제2 활성층은 적어도 셀레늄을 포함하며, 구리(Cu), 인듐(In) 또는 갈륨(Ga) 중 어느 하나 이상을 포함하는 화합물을 포함할 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
일 실시예에 따른 포토 트랜지스터에 의하면, 금속 산화물을 포함하는 제1 활성층에 더해 셀레늄을 포함하는 제2 활성층을 포함함으로써, 가시광 파장대 전체의 빛을 흡수함으로써, 광 센싱 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 포토 트랜지스터의 광 응답률, 광민감도 및 검출율을 향상시킬 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 표시 장치에 의하면, 특성이 우수한 포토 트랜지스터를 구비함으로써, 표시 장치의 광 센싱 특성을 향상시킬 수 있다.
실시예들에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 포토 트랜지스터를 나타낸 사시도.
도 2는 일 실시예에 따른 포토 트랜지스터를 나타낸 단면도.
도 3은 다른 실시예에 따른 포토 트랜지스터를 나타낸 단면도.
도 4 내지 도 8은 도 2의 포토 트랜지스터의 제조 방법을 공정별로 나타낸 단면도들.
도 9 내지 도 11은 도 3의 포토 트랜지스터의 제조 방법을 공정별로 나타낸 단면도들.
도 12는 일 실시예에 따른 터치 센서가 내장된 표시 장치를 나타낸 단면도.
도 13은 실시예에 따른 포토 트랜지스터의 게이트 전압에 따른 드레인 전류를 측정한 그래프.
도 14는 비교예에 따른 포토 트랜지스터의 게이트 전압에 따른 드레인 전류를 측정한 그래프.
도 15는 실시예에 따른 포토 트랜지스터의 게이트 전압에 따른 드레인 전류를 측정한 그래프.
도 16은 비교예에 따른 포토 트랜지스터의 게이트 전압에 따른 드레인 전류를 측정한 그래프.
도 17은 비교예에 따른 포토 트랜지스터의 시간에 따른 드레인 전류를 측정한 그래프.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 실시예들을 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 구체적인 실시예들에 대해 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 포토 트랜지스터를 나타낸 사시도이고, 도 2는 일 실시예에 따른 포토 트랜지스터를 나타낸 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 포토 트랜지스터(1)는 광 센서로 적용될 수 있는 장치들에 포함될 수 있다. 예를 들어, 포토 트랜지스터(1)는 스마트폰, 휴대 전화기, 태블릿 PC, PDA(Personal Digital Assistant), PMP(Portable Multimedia Player), 텔레비전, 게임기, 손목 시계형 전자 기기, 헤드 마운트 디스플레이, 퍼스널 컴퓨터의 모니터, 노트북 컴퓨터, 자동차 네비게이션, 자동차 계기판, 디지털 카메라, 캠코더, 외부 광고판, 전광판, 의료 장치, 검사 장치, 냉장고와 세탁기 등과 같은 다양한 가전 제품 등에 적용될 수 있다.
포토 트랜지스터(1)는 주변 광을 센싱하는 역할을 하며, 광 센싱을 통해 다양한 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 유기 발광 표시 장치를 사용하는 스마트폰에 포토 트랜지스터(1)가 적용된 경우, 포토 트랜지스터를 광 센서로 사용하여 주변 광의 휘도가 높으면 유기 발광 표시 장치의 휘도를 높이고 주변 광의 휘도가 낮으면 유기 발광 표시 장치의 휘도를 낮춰 시인성을 향상시키고 소비 전력을 저감할 수 있다.
일 실시예에 따른 포토 트랜지스터(1)는 기판(110) 상에 배치된 게이트 전극(120), 제1 활성층(140), 제2 활성층(150), 소스 전극(160) 및 드레인 전극(170)을 포함할 수 있다.
기판(110)은 절연 기판일 수 있다. 기판(110)은 투명한 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판(110)은 유리, 석영 등과 같은 투명한 절연 물질을 포함할 수 있다. 고분자 물질은 폴리에테르술폰(polyethersulphone: PES), 폴리아크릴레이트(polyacrylate: PA), 폴리아릴레이트(polyarylate: PAR), 폴리에테르이미드(polyetherimide: PEI), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene napthalate: PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이드(polyethylene terepthalate: PET), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide: PPS), 폴리알릴레이트(polyallylate), 폴리이미드(polyimide: PI), 폴리카보네이트(polycarbonate: PC), 셀룰로오스 트리 아세테이트(cellulose triacetate: CAT), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propionate: CAP) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 기판(110)은 리지드(rigid) 기판일 수 있다. 그러나, 기판(110)은 이에 한정되지 않고, 휘어지거나, 벤딩되거나, 폴딩되거나, 롤링될 수 있는 플렉시블한(flexible) 특성을 가질 수도 있다. 또한, 기판(110)은 금속 재질의 물질을 포함할 수도 있다.
기판(110) 상에 게이트 전극(120)이 배치될 수 있다. 게이트 전극(120)은 단층 또는 다층으로 이루어질 수 있다. 게이트 전극(120)이 단층인 경우, 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 은(Ag), 마그네슘 (Mg), 금(Au), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd), 이리듐(Ir), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W) 또는 구리(Cu) 중 선택된 어느 하나 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다. 또한, 게이트 전극(120)이 다층인 경우, 전술한 재료들로 이루어진 다층일 수 있다. 예를 들면, 게이트 전극(120)은 몰리브덴/알루미늄-네오디뮴, 몰리브덴/알루미늄 또는 구리/티타늄의 2층일 수 있다.
게이트 전극(120) 상에 게이트 전극(120)을 덮는 게이트 절연막(130)이 배치될 수 있다. 게이트 절연막(130)은 실리콘 화합물, 금속 산화물 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 게이트 절연막(130)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, 알루미늄 산화물, 탄탈륨 산화물, 하프늄 산화물, 지르코늄 산화물, 티타늄 산화물 등을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 게이트 절연막(130)은 SiOx막을 포함하여 이루어질 수 있다.
게이트 절연막(130) 상에 게이트 전극(120)과 중첩하는 제1 활성층(140)이 배치될 수 있다. 제1 활성층(140)은 반도체의 특성을 가져 트랜지스터의 실질적인 채널층으로 작용할 수 있다. 또한, 제1 활성층(140)은 가시광 중 일부 파장대의 빛을 흡수할 수 있는 광 흡수층일 수 있다. 제1 활성층(140)은 산화물 반도체, 비정질 실리콘, 다결정 실리콘, 또는 그래핀(graphene)이나 MoS와 같은 2D 물질(2 dimensional material)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 산화물 반도체는 인듐(In), 아연(Zn), 갈륨(Ga), 주석(Sn), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 마그네슘(Mg) 등을 함유하는 이성분계 화합물(ABx), 삼성분계 화합물(ABxCy), 사성분계 화합물(ABxCyDz)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 활성층(140)은 IGZO(Indium tin zinc oxide)를 포함하여 이루어질 수 있다.
제1 활성층(140) 상에 제2 활성층(150)이 배치될 수 있다. 제2 활성층(150)은 제1 활성층(140)보다 광민감도가 큰 층일 수 있다. 광민감도는 에너지 밴드갭(energy bandgap)이 작을수록 증가될 수 있다. 따라서, 제2 활성층(150)은 제1 활성층(140)보다 광민감도가 크고 에너지 밴드갭이 작을 수 있다. 제2 활성층(150)은 가시광 파장대의 빛을 흡수할 수 있는 광 흡수층일 수 있다. 예를 들어, 제2 활성층(150)은 장파장대의 빛을 흡수할 수 있는 광 흡수층일 수 있다. 장파장대의 빛은 적색 및 녹색 파장대의 빛일 수 있다. 제2 활성층(150)은 제1 활성층(140) 바로 위에 배치되며, 제1 활성층(140)의 적어도 상부의 일부를 덮을 수 있다. 제2 활성층(140)은 제1 활성층(140)과 동일하게 게이트 전극(120)과 중첩할 수 있다.
제2 활성층(150)은 적어도 셀레늄(Se)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 활성층(150)은 셀레늄 또는 셀레늄을 포함하는 화합물을 포함할 수 있다. 셀레늄은 비정질 셀레늄 또는 결정질 셀레늄일 수 있다. 예를 들어, 셀레늄을 포함하는 화합물은 구리(Cu), 인듐(In) 또는 갈륨(Ga) 등을 함유하는 이성분계 화합물(ABx), 삼성분계 화합물(ABxCy) 또는 사성분계 화합물(ABxCyDz)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서는 셀레늄 단일층을 예로 설명한다.
제2 활성층(150)은 5 내지 300nm의 두께로 이루어질 수 있다. 제2 활성층(150)의 두께가 5nm 이상이면 제2 활성층(150)의 밴드갭을 뛰어넘어 제1 활성층(140)으로 넘어가는 전자의 양이 작아 포토 트랜지스터로의 특성이 나타나지 않는 것을 방지할 수 있다. 제2 활성층(150)의 두께가 300nm 이하이면 포토 트랜지스터의 오프 전류(Off Current)가 커지는 것을 방지할 수 있다.
제1 활성층(140)과 제2 활성층(150) 사이에 소스 전극(160) 및 드레인 전극(170)이 배치될 수 있다. 구체적으로, 소스 전극(160)은 제1 활성층(140)의 일측 상에 배치되어 제1 활성층(140)의 일측을 덮고, 제2 활성층(150)의 일측 하부에 배치될 수 있다. 드레인 전극(170)은 제1 활성층(140)의 타측 상에 배치되어 제1 활성층(140)의 타측을 덮고, 제2 활성층(150)의 타측 하부에 배치될 수 있다.
소스 전극(160) 및 드레인 전극(170)은 단층 또는 다층으로 이루어질 수 있다. 소스 전극(160) 및 드레인 전극(170)이 단층인 경우, 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 은(Ag), 마그네슘 (Mg), 금(Au), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd), 이리듐(Ir), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W) 또는 구리(Cu) 중 선택된 어느 하나 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다. 또한, 소스 전극(160) 및 드레인 전극(170)이 다층인 경우, 구리/티타늄 또는 몰리브덴/알루미늄-네오디뮴의 2층, 티타늄/알루미늄/티타늄, 몰리브덴/알루미늄/몰리브덴 또는 몰리브덴/알루미늄-네오디뮴/몰리브덴의 3층으로 이루어질 수 있다.
전술한 일 실시예에 따른 포토 트랜지스터(1)는 제1 활성층(150)이 트랜지스터의 채널층으로 작용하면서 단파장대 예를 들어 청색 파장대의 빛을 흡수할 수 있다. 제2 활성층(150)은 가시광 파장대 예를 들어 적색, 녹색 및 청색 파장대의 빛을 흡수할 수 있다. 따라서, 제1 활성층(140) 및 제2 활성층(150)을 형성함으로써, 가시광 파장대 전체의 빛을 흡수함으로써, 광 센싱 특성을 향상시킬 수 있다.
도 3은 다른 실시예에 따른 포토 트랜지스터를 나타낸 단면도이다. 도 3에서는 전술한 도 2에 설명된 일 실시예와 비교하여 제2 활성층, 소스 전극 및 드레인 전극의 적층 구조에 차이가 있다. 하기에서는 도 2와 동일한 구성에 대해 설명을 간략히 하거나 생략하고, 차이가 있는 구성에 대해 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, 제1 활성층(140) 상에 제2 활성층(150)이 배치될 수 있다. 제1 활성층(140)과 제2 활성층(150)은 동일한 패턴 형상으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 활성층(140)의 측변들은 제2 활성층(150)의 측변들과 상호 정렬될 수 있다. 여기서, 상호 정렬의 의미는 제1 활성층(140)의 측변들과 제2 활성층(150)의 측변들이 서로 접하여 연속적으로 연장되는 것일 수 있다.
제2 활성층(150) 상에 소스 전극(160) 및 드레인 전극(170)이 배치될 수 있다. 구체적으로, 소스 전극(160)은 제2 활성층(150)의 일측 상에 배치되어 제2 활성층(150)의 일측을 덮고, 제1 활성층(140)의 일측에 접하여 배치될 수 있다. 드레인 전극(170)은 제2 활성층(150)의 타측 상에 배치되어 제2 활성층(150)의 타측을 덮고, 제1 활성층(140)의 타측에 접하여 배치될 수 있다.
전술한 도 2 및 도 3에 개시된 제1 활성층(140), 제2 활성층(150), 소스 전극(160) 및 드레인 전극(170)의 구조 차이는 하기 설명되는 제조 공정 상의 차이로 설명될 수 있다.
도 4 내지 도 8은 도 2의 포토 트랜지스터의 제조 방법을 공정별로 나타낸 단면도들이다.
도 4를 참조하면, 기판(110) 상에 패턴화된 게이트 전극(120)을 형성한다. 패턴화된 게이트 전극(120)은 마스크 공정에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 기판(110) 상에 게이트 전극용 물질층을 전면 증착한 후, 포토리소그래피 공정을 통해 패터닝하여 도 4에 도시된 바와 같은 게이트 전극(120)을 형성할 수 있다.
이어, 도 5를 참조하면, 게이트 전극(120)이 형성된 기판(110) 전면에 게이트 절연막(130)을 형성한다. 이어, 게이트 절연막(130) 상에 제1 활성층(140)을 형성한다. 제1 활성층(140)은 마스크 공정에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 게이트 절연막(130) 상에 제1 활성층용 물질층을 전면 증착한 후, 포토리소그래피 공정을 통해 패터닝하여 도 5에 도시된 바와 같은 제1 활성층(140)을 형성할 수 있다.
이어, 도 6을 참조하면, 제1 활성층(140)이 형성된 게이트 절연막(130) 상에 패턴화된 소스 전극(160) 및 드레인 전극(170)을 형성한다. 패턴화된 소스 전극(160) 및 드레인 전극(170)은 마스크 공정에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 활성층(140)이 형성된 게이트 절연막(130) 상에 전극 물질층을 전면 증착한 후, 포토리소그래피 공정을 통해 패터닝하여 도 6에 도시된 바와 같은 소스 전극(160) 및 드레인 전극(170)을 형성할 수 있다.
다음, 도 7을 참조하면, 소스 전극(160) 및 드레인 전극(170)이 형성된 기판(110) 상에 제2 활성층(150)을 형성한다. 제2 활성층(150)은 섀도우 마스크(shadow mask)를 이용한 증착 공정에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 기판(110) 상에 섀도우 마스크(MS)를 정렬시킨다. 섀도우 마스크(MS)에는 제2 활성층(150)이 형성될 영역에 대응하는 개구부(OP)가 포함될 수 있다. 열 증착법(thermal evaporation), 전자빔 증착법(e-beam evaporation), 스퍼터링법(sputtering) 등과 같은 물리기상증착법(physical vapor deposition; PVD)을 이용하여 활성 물질(예를 들어, 셀레늄(도면부호 Se))을 섀도우 마스크(MS)를 통해 기판(110) 상에 증착시킨다. 증착된 활성 물질은 섀도우 마스크(MS)의 개구부(OP)를 통해 개구부(OP)에 대응하는 영역에만 증착됨으로써, 별도의 패터닝 공정의 수행 없이 제2 활성층(150)을 형성할 수 있다. 물리기상증착법은 저온에서 수행될 수 있으므로, 저온에서 포토 트랜지스터를 제조하여 저온 공정이 필요한 다양한 소자에 적용할 수 있다. 따라서, 도 8에 도시된 바와 같은 제2 활성층(150)을 형성할 수 있다.
도 9 내지 도 11은 도 3의 포토 트랜지스터의 제조 방법을 공정별로 나타낸 단면도들이다. 하기에서는 이전에 이미 설명된 것과 동일한 구성에 대해서는 중복 설명을 생략하거나 간략화하고, 차이점을 위주로 설명한다.
도 9를 참조하면, 기판(110) 상에 패턴화된 게이트 전극(120) 및 게이트 절연막(130)을 형성하는 과정까지는 도 4 및 도 5의 실시예와 동일하다. 이어, 게이트 절연막(130)이 형성된 기판(110) 상에 제1 활성층용 물질층(141) 및 제2 활성층용 물질층(151)을 순차적으로 전면 적층한다. 다음, 제2 활성층용 물질층(151) 상에 포토레지스트층을 도포하고, 노광 및 현상을 통해 포토레지스트 패턴(PR)을 형성한다. 포토레지스트 패턴(PR)은 제1 활성층(140) 및 제2 활성층(150)이 형성될 영역 상에 중첩 배치될 수 있다.
다음, 도 10을 참조하면, 포토레지스트 패턴(PR)을 식각 마스크로 제1 활성층용 물질층(141) 및 제2 활성층용 물질층(151)을 순차 식각한다. 이후, 포토레지스트 패턴(PR)을 스트립 또는 애슁 공정을 통해 제거함으로써, 게이트 절연막(130) 상에 순차 적층된 제1 활성층(140) 및 제2 활성층(150)이 형성된다. 본 실시예에서는 포토레지스트 패턴(PR)을 제1 활성층(140) 및 제2 활성층(150)의 패터닝까지 식각 마스크로 이용하는 경우를 예시하였지만, 패터닝된 상위 층이 하위 층을 식각하기 위한 하드 마스크로 사용될 수도 있다. 이 경우, 포토레지스트 패턴은 하드 마스크와 함께 식각 마스크로 사용될 수 있다. 다른 예로, 하드 마스크를 형성한 후 포토레지스트 패턴을 제거하고 상기 하드 마스크를 식각 마스크로 이용하여 하위 층을 식각할 수도 있다.
전술한 공정을 통해, 제1 활성층(140)과 제2 활성층(150)은 동일한 패턴 형상으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 활성층(140)의 측변들은 제2 활성층(150)의 측변들과 상호 정렬될 수 있다. 즉, 제1 활성층(140)의 측변들과 제2 활성층(150)의 측변들이 서로 접하여 연속적으로 연장될 수 있다.
이어, 도 11을 참조하면, 제2 활성층(150)이 형성된 게이트 절연막(130) 상에 패턴화된 소스 전극(160) 및 드레인 전극(170)을 형성한다. 패턴화된 소스 전극(160) 및 드레인 전극(170)은 마스크 공정에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 활성층(150)이 형성된 게이트 절연막(130) 상에 전극 물질층을 전면 증착한 후, 포토리소그래피 공정을 통해 패터닝하여 도 11에 도시된 바와 같은 소스 전극(160) 및 드레인 전극(170)을 형성할 수 있다.
전술한 실시예들에 따른 포토 트랜지스터는 금속 산화물을 포함하는 제1 활성층과 셀레늄을 포함하는 제2 활성층을 형성함으로써, 가시광 파장대의 대부분의 빛을 흡수할 수 있는 광 센서로서 작용할 수 있다.
하기에서는 전술한 일 실시예에 따른 포토 트랜지스터를 포함하는 표시 장치에 대해 도 12를 참조하여 설명한다. 도 12에서는 터치 센서가 내장된 유기 발광 표시 장치를 예로 설명하며, 유기 발광 표시 장치의 화소의 일 단면도를 도시하여, 전술한 포토 트랜지스터의 적용예를 설명하기로 한다.
도 12는 일 실시예에 따른 터치 센서가 내장된 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
도 12를 참조하면, 기판(110) 상에 제1 버퍼층(BF1), 박막 트랜지스터층(TFTL), 발광 소자층(EML), 및 박막 봉지층(TFEL)을 포함하는 표시 유닛(DISL)이 형성된다. 박막 트랜지스터층(TFTL)은 박막 트랜지스터들(T1, T2), 게이트 절연막(130) 및 평탄화막(PLL)을 포함할 수 있다.
기판(110)의 일면 상에 제1 버퍼층(BF1)이 배치될 수 있다. 제1 버퍼층(BF1)은 투습 또는 기판(110)의 불순물로부터 박막 트랜지스터들(T1, T2)들과 발광 소자층(EML)의 유기 발광층(172)을 보호하기 위함이다. 제1 버퍼층(BF1)은 교번하여 적층된 복수의 무기막들로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 버퍼층(BF1)은 실리콘 나이트라이드층, 실리콘 옥시 나이트라이드층, 실리콘 옥사이드층, 티타늄옥사이드층, 및 알루미늄옥사이드층 중 하나 이상의 무기막이 교번하여 적층된 다중막으로 형성될 수 있다. 제1 버퍼층(BF1)은 생략될 수 있다.
제1 버퍼층(BF1) 상에 박막 트랜지스터들(T1, T2)을 포함하는 박막 트랜지스터층(TFTL)이 배치될 수 있다. 박막 트랜지스터들은 제1 트랜지스터(T1) 및 제2 트랜지스터(T2)를 포함할 수 있다. 제1 트랜지스터(T1)는 전술한 실시예들에 따른 포토 트랜지스터일 수 있고, 제2 트랜지스터(T2)는 발광 소자층(EML)을 구동하기 위한 구동 트랜지스터일 수 있다.
제1 트랜지스터(T1)는 제1 게이트 전극(120a), 제1 활성층(140a), 제2 활성층(150), 제1 소스 전극(160a) 및 제1 드레인 전극(170a)을 포함할 수 있다. 제2 트랜지스터(T2)는 제2 게이트 전극(120a), 제3 활성층(140b), 제2 소스 전극(160b) 및 제2 드레인 전극(170b)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 제1 버퍼층(BF1) 상에 제1 게이트 전극(120a) 및 제2 게이트 전극(120b)이 배치될 수 있다. 제1 게이트 전극(120a) 및 제2 게이트 전극(120b)은 패턴화되어 서로 이격 배치될 수 있다.
제1 게이트 전극(120a) 및 제2 게이트 전극(120b)이 배치된 기판(110) 상에 게이트 절연막(130)이 배치될 수 있다. 도 12에서는 게이트 절연막(130)이 제1 게이트 전극(120a) 및 제2 게이트 전극(120b)과 중첩하는 영역 이외에도 형성된 것을 예시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 게이트 절연막(130)은 제1 게이트 전극(120a) 및 제2 게이트 전극(120b)과 중첩하는 영역에만 형성될 수 있다.
게이트 절연막(130) 상에 제1 활성층(140a) 및 제2 활성층(140b)이 배치될 수 있다. 제1 활성층(140a)은 제1 게이트 전극(120a)과 중첩 배치될 수 있고, 제2 활성층(140b)은 제2 게이트 전극(120b)과 중첩 배치될 수 있다. 제1 활성층(140a) 및 제2 활성층(140b)은 산화물 반도체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 산화물 반도체는 인듐, 아연, 갈륨, 주석, 티타늄, 알루미늄, 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 마그네슘(Mg) 등을 함유하는 이성분계 화합물(ABx), 삼성분계 화합물(ABxCy), 사성분계 화합물(ABxCyDz)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 활성층(140a) 및 제2 활성층(140b)은 IGZO(인듐, 갈륨, 주석을 포함하는 산화물)를 포함할 수 있다.
제1 활성층(140a) 상에 제1 소스 전극(160a) 및 제1 드레인 전극(170a)이 배치될 수 있다. 제2 활성층(140b) 상에 제2 소스 전극(160b) 및 제2 드레인 전극(170b)이 배치될 수 있다. 또한, 제1 활성층(140a), 제1 소스 전극(160a) 및 제1 드레인 전극(170a) 상에 제2 활성층(150)이 배치될 수 있다. 따라서, 제1 트랜지스터(T1)는 제1 게이트 전극(120a), 제1 활성층(140a), 제2 활성층(150), 제1 소스 전극(160a) 및 제1 드레인 전극(170a)을 포함할 수 있다. 제2 트랜지스터(T2)는 제2 게이트 전극(120a), 제3 활성층(140b), 제2 소스 전극(160b) 및 제2 드레인 전극(170b)을 포함할 수 있다.
제1 트랜지스터(T1)와 제2 트랜지스터(T2)가 배치된 기판(110) 상에 트랜지스터들(T1, T2)로 인한 단차를 평탄하게 하기 위한 평탄화막(PLL)이 배치될 수 있다. 평탄화막(PLL)은 아크릴 수지(acryl resin), 에폭시 수지(epoxy resin), 페놀 수지(phenolic resin), 폴리아미드 수지(polyamide resin), 폴리이미드 수지(polyimide resin) 등의 유기막으로 형성될 수 있다.
한편, 박막 트랜지스터층(TFTL) 상에 발광 소자층(EML)이 배치될 수 있다. 발광 소자층(EML)은 발광 소자들(175)과 화소 정의막(180)을 포함할 수 있다. 발광 소자들(175)과 화소 정의막(180)은 평탄화막(PLL) 상에 배치될 수 있다. 발광 소자들(175) 각각은 제1 전극(171), 유기 발광층(172) 및 제2 전극(173)을 포함할 수 있다.
제1 전극(171)은 평탄화막(PLL) 상에 배치될 수 있으며, 화소 전극일 수 있다. 도 12에서는 제1 전극(171)이 평탄화막(PLL)을 관통하는 비아홀(VIA)을 통해 제2 트랜지스터(T2)의 제2 드레인 전극(170b)에 연결된 것을 예시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 제1 전극(171)은 평탄화막(PLL)을 관통하는 비아홀(VIA)을 통해 제2 트랜지스터(T2)의 제2 소스 전극(160b에 연결될 수도 있다.
유기 발광층(172)을 기준으로 제2 전극(173) 방향으로 발광하는 상부 발광(top emission) 구조에서 제1 전극(171)은 알루미늄과 티타늄의 적층 구조(Ti/Al/Ti), 알루미늄과 ITO의 적층 구조(ITO/Al/ITO), APC 합금, 및 APC 합금과 ITO의 적층 구조(ITO/APC/ITO)와 같은 반사율이 높은 금속물질을 포함할 수 있다. APC 합금은 은(Ag), 팔라듐(Pd), 및 구리(Cu)의 합금일 수 있다. 또는, 제1 전극(171)은 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 알루미늄(Al)의 단일층으로 이루어질 수도 있다.
유기 발광층(172)을 기준으로 제1 전극(171) 방향으로 발광하는 하부 발광(bottom) 구조에서 제1 전극(171)은 광을 투과시킬 수 있는 ITO, IZO와 같은 투명한 금속물질(TCO, Transparent Conductive Material), 또는 마그네슘(Mg), 은(Ag), 또는 마그네슘(Mg)과 은(Ag)의 합금과 같은 반투과 금속물질(Semi-transmissive Conductive Material)을 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 전극(171)이 반투과 금속물질로 형성되는 경우, 마이크로 캐비티(micro cavity)에 의해 출광 효율이 높아질 수 있다.
화소 정의막(180)은 발광 영역(R)을 정의하는 화소 정의막으로 역할을 하기 위해 평탄화막(PLL) 상에서 제1 전극(171)을 구획하도록 배치될 수 있다. 화소 정의막(180)은 제1 전극(171)의 가장자리를 덮을 수 있다. 화소 정의막(180)은 아크릴 수지(acryl resin), 에폭시 수지(epoxy resin), 페놀 수지(phenolic resin), 폴리아미드 수지(polyamide resin), 폴리이미드 수지(polyimide resin) 등의 유기막을 포함할 수 있다.
발광 영역(R)은 제1 전극(171), 유기 발광층(172), 및 제2 전극(173)이 순차적으로 적층되어 제1 전극(171)으로부터의 정공과 제2 전극(173)으로부터의 전자가 유기 발광층(172)에서 서로 결합되어 발광하는 영역을 나타낸다.
제1 전극(171)과 화소 정의막(180) 상에 유기 발광층(172)이 배치될 수 있다. 유기 발광층(172)은 유기 물질을 포함하여 소정의 색을 발광할 수 있다. 예를 들어, 유기 발광층(172)은 정공 수송층(hole transporting layer), 유기 물질층, 및 전자 수송층(electron transporting layer)을 포함할 수 있다. 또는, 발광 영역(R)의 유기 발광층(172)들은 하나의 층으로 형성되어 백색 광, 자외선 광, 또는 청색 광을 발광할 수 있다.
제2 전극(173)은 유기 발광층(172) 상에 배치될 수 있다. 제2 전극(173)은 유기 발광층(172)을 덮을 수 있다. 제2 전극(173)은 화소들에 공통적으로 형성되는 공통층일 수 있다. 상부 발광 구조에서 제2 전극(173)은 광을 투과시킬 수 있는 ITO, IZO와 같은 투명한 금속물질(TCO, Transparent Conductive Material), 또는 마그네슘(Mg), 은(Ag), 또는 마그네슘(Mg)과 은(Ag)의 합금과 같은 반투과 금속물질(Semi-transmissive Conductive Material)을 포함할 수 있다. 제2 전극(173)이 반투과 금속물질로 형성되는 경우, 마이크로 캐비티(micro cavity)에 의해 출광 효율이 높아질 수 있다.
하부 발광 구조에서 제2 전극(173)은 알루미늄과 티타늄의 적층 구조(Ti/Al/Ti), 알루미늄과 ITO의 적층 구조(ITO/Al/ITO), APC 합금, 및 APC 합금과 ITO의 적층 구조(ITO/APC/ITO)와 같은 반사율이 높은 금속물질을 포함할 수 있다. APC 합금은 은(Ag), 팔라듐(Pd), 및 구리(Cu)의 합금이다. 또는, 제2 전극(173)은 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 또는 ITO의 단일층으로 이루어질 수도 있다.
발광 소자층(EML) 상에 박막 봉지층(TFEL)이 배치될 수 있다. 박막 봉지층(TFEL)은 제2 전극(173) 상에 배치될 수 있다. 박막 봉지층(TFEL)은 유기 발광층(172)과 제2 전극(173)에 산소 또는 수분이 침투되는 것을 방지하기 위해 적어도 하나의 무기막을 포함할 수 있다. 또한, 박막 봉지층(TFEL)은 먼지와 같은 이물질로부터 발광 소자층(EML)을 보호하기 위해 적어도 하나의 유기막을 포함할 수 있다. 예를 들어, 박막 봉지층(TFEL)은 제2 전극(173) 상에 배치된 제1 무기막, 제1 무기막 상에 배치된 유기막, 유기막 상에 배치된 제2 무기막을 포함할 수 있다. 제1 무기막과 제2 무기막은 실리콘 나이트라이드층, 실리콘 옥시 나이트라이드층, 실리콘 옥사이드층, 티타늄옥사이드층, 또는 알루미늄옥사이드층으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 유기막은 아크릴 수지(acryl resin), 에폭시 수지(epoxy resin), 페놀 수지(phenolic resin), 폴리아미드 수지(polyamide resin), 폴리이미드 수지(polyimide resin) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
박막 봉지층(TFEL) 상에 터치 센싱 유닛(SENL)이 배치될 수 있다. 터치 센싱 유닛(SENL)은 구동 전극들(TE), 감지 전극들(RE) 및 연결부들(BE1)을 포함할 수 있다.
박막 봉지층(TFEL) 상에는 제2 버퍼층(BF2)이 배치될 수 있다. 제2 버퍼층(BF2)은 실리콘 나이트라이드층, 실리콘 옥시 나이트라이드층, 실리콘 옥사이드층, 티타늄옥사이드층, 및 알루미늄옥사이드층 중 하나 이상의 무기막이 교번하여 적층된 다중막으로 형성될 수 있다.
제2 버퍼층(BF2) 상에 연결부들(BE1)이 배치될 수 있다. 연결부들(BE1)은 알루미늄과 티타늄의 적층 구조(Ti/Al/Ti), 알루미늄과 ITO의 적층 구조(ITO/Al/ITO), APC 합금, 및 APC 합금과 ITO의 적층 구조(ITO/APC/ITO)로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 연결부들(BE1)은 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 또는 ITO의 단일층으로 형성될 수도 있다.
연결부들(BE1) 상에 제1 센싱 절연막(TINS1)이 배치될 수 있다. 제1 센싱 절연막(TINS1)은 무기막, 예를 들어 실리콘 나이트라이드층, 실리콘 옥시 나이트라이드층, 실리콘 옥사이드층, 티타늄옥사이드층, 또는 알루미늄옥사이드층으로 형성될 수 있다. 또는, 제1 센싱 절연막(TINS1)은 아크릴 수지(acryl resin), 에폭시 수지(epoxy resin), 페놀 수지(phenolic resin), 폴리아미드 수지(polyamide resin), 폴리이미드 수지(polyimide resin) 등의 유기막으로 형성될 수 있다.
제1 센싱 절연막(TINS1) 상에 구동 전극들(TE)과 감지 전극들(RE)이 배치될 수 있다. 구동 전극들(TE)과 감지 전극들(RE)은 알루미늄과 티타늄의 적층 구조(Ti/Al/Ti), 알루미늄과 ITO의 적층 구조(ITO/Al/ITO), APC 합금, 및 APC 합금과 ITO의 적층 구조(ITO/APC/ITO)로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 구동 전극들(TE)과 감지 전극들(RE)은 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 또는 ITO의 단일층으로 형성될 수도 있다. 한편, 구동 전극들(TE)과 감지 전극들(RE)은 서로 동일한 층 상에 동일한 물질로 형성될 수 있다.
제1 센싱 절연막(TINS1)에는 제1 센싱 절연막(TINS1)을 관통하여 연결부들(BE1)을 노출하는 제1 콘택홀들(CNT1)이 배치될 수 있다. 구동 전극들(TE)은 제1 콘택홀들(CNT1)을 통해 연결부들(BE1)에 접속될 수 있다.
구동 전극들(TE)과 감지 전극들(RE) 상에 제2 센싱 절연막(TINS2)이 배치될 수 있다. 제2 센싱 절연막(TINS2)은 구동 전극들(TE), 감지 전극들(RE), 및 연결부들(BE1)로 인한 단차를 평탄화하는 역할을 할 수 있다. 제2 센싱 절연막(TINS2)은 아크릴 수지(acryl resin), 에폭시 수지(epoxy resin), 페놀 수지(phenolic resin), 폴리아미드 수지(polyamide resin), 폴리이미드 수지(polyimide resin) 등의 유기막을 포함할 수 있다.
서로 인접한 구동 전극들(TE)들을 연결하는 연결부들(BE1)은 제2 버퍼층(BF2) 상에 배치되고, 구동 전극들(TE) 및 감지 전극들(RE)은 제1 센싱 절연막(TINS1) 상에 배치될 수 있다. 그러므로, 구동 전극들(TE)과 감지 전극들(RE)은 그들의 교차부들에서 전기적으로 분리되며, 감지 전극들(RE)은 일 방향으로 전기적으로 연결되고, 구동 전극들(TE)은 일 방향과 교차하는 타 방향으로 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 제1 트랜지스터(T1)는 전술한 실시예들에 따른 포토 트랜지스터일 수 있다. 포토 트랜지스터는 빛이 입사되어 흡수함으로써 빛을 감지할 수 있다. 이를 위해, 기판(110) 상에 빛이 투과될 수 있는 투과 영역(TA)이 구비될 수 있으며, 제1 트랜지스터(T1)는 투과 영역(TA)과 중첩 배치될 수 있다. 투과 영역(TA)에는 빛이 투과될 수 있는 투명한 층들과 중첩될 수 있으며, 빛이 반사될 수 있는 층들이 배치되지 않을 수 있다. 예를 들어, 제1 트랜지스터(T1)는 발광 소자층(EML)의 제1 전극(171)과 비중첩하며, 터치 센싱 유닛(SENL)의 전극들(RE, TE) 및 연결부(BE1)와 비중첩할 수 있다.
본 실시예에서는 유기 발광 표시 장치의 화소 내에 포토 트랜지스터를 구비함으로써, 표시 장치 외부, 예를 들어 베젤(bezel)에 별도의 포토 트랜지스터를 구비할 필요가 없으므로 베젤을 축소시킬 수 있다.
이하, 전술한 실시예들에 따른 포토 트랜지스터의 빛 흡수 특성에 대해 살펴보기로 한다. 하기에서는 도 2에 도시된 실시예에 따른 포토 트랜지스터를 실시예로 개시하고, 도 2에서 제2 활성층이 생략된 구조의 포토 트랜지스터를 비교예로 개시하기로 한다.
실시예
전술한 도 2에 도시된 실시예에 따른 포토 트랜지스터를 제조하였다. 이때, 제1 활성층은 150nm의 두께로 IGZO 단일층을 형성하였고, 제2 활성층은 150nm의 두께로 셀레늄 단일층을 형성하였다.
비교예
제2 활성층을 구비하지 않고 전술한 실시예와 동일한 조건으로 포토 트랜지스터를 제조하였다.
전술한 실시예 및 비교예에 따라 제조된 포토 트랜지스터에 적색 및 녹색 빛을 다양한 강도(intensity)로 각각 조사한 상태에서 게이트 전압에 따른 드레인 전류를 측정하였다.
도 13은 실시예에 따른 포토 트랜지스터에 녹색 빛을 조사하고 게이트 전압에 따른 드레인 전류를 측정한 그래프이고, 도 14는 비교예에 따른 포토 트랜지스터에 녹색 빛을 조사하고 게이트 전압에 따른 드레인 전류를 측정한 그래프이다. 여기서, 녹색 빛은 532nm의 파장과 2.33eV의 에너지를 가진 빛을 사용하였다.
도 13을 참조하면, 실시예에 따른 포토 트랜지스터에 적색 빛을 조사하지 않았을 때에는 게이트 전압에 따른 드레인 전류의 변화가 거의 나타나지 않았다. 실시예에 따른 포토 트랜지스터에 1, 5, 10mW/㎟의 강도로 각각 녹색 빛을 조사한 경우, 게이트 전압에 따른 드레인 전류가 점점 커지는 것으로 나타났다. -10V의 게이트 전압에서 녹색 빛을 조사하지 않은 경우와 10mW/㎟의 강도로 녹색 빛을 조사한 경우의 드레인 전류 차이는 대략 109 배의 차이가 나타났다. 또한, 녹색 빛을 조사하지 않은 경우와 녹색 빛을 조사한 경우의 게이트 온 전압 변화량은 대략 26V로 나타났다. 또한, 실시예의 포토 트랜지스터는 녹색 빛을 조사하면 문턱 전압이 음의 방향으로 이동하고 오프 전류(Off Current)가 크게 증가하였다.
반면, 도 14를 참조하면, 비교예에 따른 포토 트랜지스터에 빛을 조사하지 않았을 때에는 게이트 전압에 따른 드레인 전류의 변화가 거의 나타나지 않았다. 비교예에 따른 포토 트랜지스터에 1, 5, 10mW/㎟의 강도로 각각 녹색 빛을 조사한 경우, 게이트 전압에 따른 드레인 전류가 미세하게 커지는 것으로 나타났다. 또한, 녹색 빛을 조사하지 않은 경우와 녹색 빛을 조사한 경우의 게이트 온 전압 변화량은 대략 4V로 나타났다. 또한, 비교예의 포토 트랜지스터는 녹색 빛을 조사하면 문턱 전압이 미세하게 음의 방향으로 이동하고 오프 전류는 변화가 없었다.
하기 표 1은 녹색 빛에 대한 실시예 및 비교예에 따른 포토 트랜지스터의 특성인 광 응답률(photoresponsibity), 광민감도(photosensitivity) 및 검출률(detectivity)을 측정하여 나타내었다.
광 응답률(A/W) 광민감도 검출률(jones)
실시예 1649.17 7.76X109 5.86 X1013
비교예 131.11 6.10 X104 1.14 X109
상기 표 1을 참조하면, 실시예에 따른 포토 트랜지스터는 비교예에 비해 광 응답률, 광민감도 및 검출률 값이 현저하게 큰 것을 알 수 있다.이를 통해, 제1 활성층 및 제2 활성층을 구비한 실시예의 포토 트랜지스터는 녹색 빛을 흡수하여 트랜지스터로 동작함을 알 수 있으나, 비교예의 포토 트랜지스터는 녹색 빛을 거의 흡수하지 못하여 트랜지스터로 동작하지 못함을 알 수 있었다.
도 15는 실시예에 따른 포토 트랜지스터에 적색 빛을 조사하고 게이트 전압에 따른 드레인 전류를 측정한 그래프이고, 도 16은 비교예에 따른 포토 트랜지스터에 적색 빛을 조사하고 게이트 전압에 따른 드레인 전류를 측정한 그래프이다. 여기서, 적색 빛은 635nm의 파장과 1.95eV의 에너지를 가진 빛을 사용하였다.
도 15를 참조하면, 실시예에 따른 포토 트랜지스터에 적색 빛을 조사하지 않았을 때에는 게이트 전압에 따른 드레인 전류의 변화가 거의 나타나지 않았다. 실시예에 따른 포토 트랜지스터에 1, 5, 10mW/㎟의 강도로 각각 적색 빛을 조사한 경우, 게이트 전압에 따른 드레인 전류가 점점 커지는 것으로 나타났다. -10V의 게이트 전압에서 적색 빛을 조사하지 않은 경우와 10mW/㎟의 강도로 적색 빛을 조사한 경우의 드레인 전류 차이는 대략 108 배의 차이가 나타났다. 또한, 적색 빛을 조사하지 않은 경우와 적색 빛을 조사한 경우의 게이트 온 전압 변화량은 대략 16.6V로 나타났다. 또한, 실시예의 포토 트랜지스터는 적색 빛을 조사하면 문턱 전압이 음의 방향으로 이동하였다.
반면, 도 16을 참조하면, 비교예에 따른 포토 트랜지스터에 적색 빛을 조사하지 않았을 때에는 게이트 전압에 따른 드레인 전류의 변화가 거의 나타나지 않았다. 비교예에 따른 포토 트랜지스터에 1, 5, 10mW/㎟의 강도로 각각 적색 빛을 조사한 경우, 게이트 전압에 따른 드레인 전류가 미세하게 커지는 것으로 나타났다. 또한, 적색 빛을 조사하지 않은 경우와 적색 빛을 조사한 경우의 게이트 온 전압 변화량은 나타나지 않았다. 또한, 비교예의 포토 트랜지스터는 적색 빛을 조사하여도 문턱 전압이나 오프 전류에 변화가 없었다.
하기 표 2는 적색 빛에 대한 실시예 및 비교예에 따른 포토 트랜지스터의 특성인 광 응답률, 광민감도 및 검출률을 측정하여 나타내었다.
광 응답률(A/W) 광민감도 검출률(jones)
실시예 303.12 6.86X108 5.18 X1012
비교예 83.28 1.57 X102 4.03 X107
상기 표 1을 참조하면, 실시예에 따른 포토 트랜지스터는 비교예에 비해 광 응답률, 광민감도 및 검출율 값이 현저하게 큰 것을 알 수 있다.이를 통해, 제1 활성층 및 제2 활성층을 구비한 실시예의 포토 트랜지스터는 적색 빛을 흡수하여 트랜지스터로 동작함을 알 수 있으나, 비교예의 포토 트랜지스터는 적색 빛을 흡수하지 못하여 트랜지스터로 동작하지 못함을 알 수 있었다.
도 17은 비교예에 따른 포토 트랜지스터에 청색 빛을 조사하고 게이트 전압에 따른 드레인 전류를 측정한 그래프이다. 여기서, 청색 빛은 405nm의 파장과 3.06eV의 에너지를 가진 빛을 사용하였다.
도 17을 참조하면, 비교예에 따른 포토 트랜지스터에 청색 빛을 조사하지 않았을 때에는 게이트 전압에 따른 드레인 전류의 변화가 거의 나타나지 않았다. 비교예에 따른 포토 트랜지스터에 1, 3, 5, 10mW/㎟의 강도로 각각 청색 빛을 조사한 경우, 게이트 전압에 따른 드레인 전류가 점점 커지는 것으로 나타났다. 청색 빛을 조사하지 않은 경우와 청색 빛을 조사한 경우의 게이트 온 전압 변화량은 대략 30V로 나타났다. 또한, 실시예의 포토 트랜지스터는 적색 빛을 조사하면 문턱 전압이 음의 방향으로 이동하였다.
이를 통해, IGZO의 제1 활성층만을 구비한 비교예에 따른 포토 트랜지스터는 청색 빛을 흡수하여 포토 트랜지스터로 작동함을 알 수 있었다.
전술한 도 13 내지 도 17에 나타난 실시예 및 비교예에 따른 포토 트랜지스터의 빛 흡수 특성을 살펴본 바와 같이, IGZO의 제1 활성층만을 구비한 비교예에 따른 포토 트랜지스터는 청색 빛을 흡수할 뿐 녹색과 적색 빛은 흡수하지 못하였다. 반면, IGZO의 제1 활성층에 셀레늄의 제2 활성층을 더 구비한 실시예에 따른 포토 트랜지스터는 녹색과 적색 빛을 흡수하였다. 따라서, 실시예에 따른 포토 트랜지스터는 IGZO의 제1 활성층을 보완하여 셀레늄의 제2 활성층에서 녹색 및 적색 빛을 흡수함으로써, 가시광 파장대의 빛을 모두 흡수하여 광 센서로의 특성을 향상시킬 수 있다.
도 17은 전술한 실시예에 따른 포토 트랜지스터 구동 시 시간에 따른 드레인 전류를 측정한 그래프이다. 여기서, 포토 트랜지스터 구동은 일정 가시광을 조사한 상태에서 10초 주기로 게이트를 온/오프하였다.
도 17을 참조하면, 실시예에 따른 포토 트랜지스터는 게이트 온의 경우 드레인 전류 값이 일정하게 유지되는 것으로 나타났다. 또한, 게이트 오프와 온 사이 동안 발생하는 드레인 전류인 잔류성 광전류(persistent photocurrent: PPC)가 나타났다. 전술한 비교예의 IGZO 단일 활성층을 구비한 포토 트랜지스터는 잔류성 광전류가 양(그래프 상 빗금친 면적)이 매우 크다고 알려져 있으나, 실시예의 포토 트랜지스터는 잔류성 광전류의 양이 작게 나타났다.
이를 통해, 실시예에 따른 포토 트랜지스터는 드레인 전류 값이 일정하게 유지되고, 잔류성 광전류의 양이 작아 포토 트랜지스터로의 특성이 우수함을 알 수 있다.
상기와 같이, 일 실시예에 따른 포토 트랜지스터에 의하면, 금속 산화물을 포함하는 제1 활성층에 더해 셀레늄을 포함하는 제2 활성층을 포함함으로써, 가시광 파장대 전체의 빛을 흡수함으로써, 광 센싱 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 포토 트랜지스터의 광 응답률, 광민감도 및 검출율을 향상시킬 수 있다. 또한, 일 실시예에 따른 표시 장치에 의하면, 특성이 우수한 포토 트랜지스터를 구비함으로써, 표시 장치의 광 센싱 특성을 향상시킬 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1: 포토 트랜지스터 110: 기판
120: 게이트 전극 130: 게이트 절연막
140: 제1 활성층 150: 제2 활성층
160: 소스 전극 170: 드레인 전극

Claims (20)

  1. 기판 상에 배치된 게이트 전극;
    상기 게이트 전극을 절연시키는 게이트 절연막;
    상기 게이트 절연막을 사이에 두고 상기 게이트 전극과 중첩하며, 금속 산화물을 포함하는 제1 활성층;
    상기 제1 활성층 상에 배치되며, 셀레늄을 포함하는 제2 활성층; 및
    상기 제2 활성층에 각각 연결되는 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 포토 트랜지스터.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 활성층과 상기 제2 활성층은 상기 게이트 전극과 중첩하는 영역에서 서로 접하는 포토 트랜지스터.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 활성층은 상기 제2 활성층보다 상기 게이트 전극에 인접하여 배치되는 포토 트랜지스터.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 소스 전극은 상기 제2 활성층의 일부를 덮고, 상기 드레인 전극은 상기 제2 활성층의 다른 일부를 덮는 포토 트랜지스터.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 활성층의 측벽과 상기 제2 활성층의 측벽은 서로 접하여 상호 정렬되는 포토 트랜지스터.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극 각각은 상기 제1 활성층과 상기 제2 활성층 사이에 배치되는 포토 트랜지스터.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 활성층은 산화물 반도체, 비정질 실리콘, 다결정 실리콘 또는 2D 물질(2 dimensional material)을 포함하는 포토 트랜지스터.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 산화물 반도체는 인듐(In), 아연(Zn), 갈륨(Ga), 주석(Sn), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr) 또는 마그네슘(Mg) 중 어느 하나 이상을 포함하는 화합물을 포함하며,
    상기 2D 물질은 그래핀(graphene) 또는 MoS를 포함하는 포토 트랜지스터.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 활성층은 적어도 셀레늄을 포함하며, 구리(Cu), 인듐(In) 또는 갈륨(Ga) 중 어느 하나 이상을 포함하는 화합물을 포함하는 포토 트랜지스터.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 활성층의 두께는 5 내지 300nm인 포토 트랜지스터.
  11. 투과 영역 및 발광 영역을 포함하는 기판;
    상기 기판 상에 배치되며, 제1 트랜지스터 및 제2 트랜지스터를 포함하는 트랜지스터층;
    상기 트랜지스터층 상에 배치되며, 적어도 제1 전극을 포함하는 발광 소자층; 및
    상기 발광 소자층 상에 배치되며, 복수의 전극들을 포함하는 터치 센싱 유닛을 포함하며,
    상기 제1 트랜지스터는 게이트 전극, 금속 산화물을 포함하는 제1 활성층, 셀레늄을 포함하는 제2 활성층, 및 소스 전극과 드레인 전극을 포함하는 표시 장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 트랜지스터는 상기 기판의 상기 투과 영역과 중첩하고, 상기 제2 트랜지스터는 상기 발광 영역과 중첩하는 표시 장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 트랜지스터는 상기 발광 소자층의 상기 제1 전극과 비중첩하고, 상기 터치 센싱 유닛의 상기 복수의 전극들과 비중첩하는 표시 장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제2 트랜지스터는 상기 발광 소자층의 상기 제1 전극과 중첩하고, 상기 터치 센싱 유닛의 상기 복수의 전극들과 비중첩하는 표시 장치.
  15. 제11 항에 있어서,
    상기 발광 소자층은 상기 제1 전극, 상기 제1 전극과 대향하는 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 개재된 유기 발광층을 더 포함하며,
    상기 제1 트랜지스터 및 상기 제2 트랜지스터는 상기 제2 전극과 중첩하는 표시 장치.
  16. 제11 항에 있어서,
    상기 발광 소자층과 상기 터치 센싱 유닛 사이에 배치된 박막 봉지층을 더 포함하는 표시 장치.
  17. 제11 항에 있어서,
    상기 터치 센싱 유닛의 상기 복수의 전극들은 구동 전극들과 감지 전극들을 포함하는 표시 장치.
  18. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 활성층과 상기 제2 활성층은 상기 게이트 전극과 중첩하는 영역에서 서로 접하는 표시 장치.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 제1 활성층은 상기 제2 활성층보다 상기 게이트 전극에 인접하여 배치되는 표시 장치.
  20. 제11 항에 있어서,
    상기 제2 활성층은 적어도 셀레늄을 포함하며, 구리(Cu), 인듐(In) 또는 갈륨(Ga) 중 어느 하나 이상을 포함하는 화합물을 포함하는 표시 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI501319B (zh) * 2008-12-26 2015-09-21 Semiconductor Energy Lab 半導體裝置及其製造方法
TWI414765B (zh) 2010-12-03 2013-11-11 E Ink Holdings Inc 光感測電路單元
KR101680768B1 (ko) * 2010-12-10 2016-11-29 삼성전자주식회사 트랜지스터 및 이를 포함하는 전자장치
KR101810608B1 (ko) * 2011-06-22 2017-12-21 삼성전자주식회사 광센싱 장치 및 그 구동 방법, 광센싱 장치를 포함하는 광터치 스크린 장치
KR101851567B1 (ko) 2011-07-04 2018-04-25 삼성전자주식회사 트랜지스터, 트랜지스터를 포함하는 전자소자 및 이들의 제조방법
KR101899482B1 (ko) * 2011-11-25 2018-09-18 삼성전자주식회사 광센싱 회로, 상기 광센싱 회로의 제조 방법 및 상기 광센싱 회로를 포함하는 광터치 패널
US10027896B2 (en) 2016-01-15 2018-07-17 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Image display system, operation method of the same, and electronic device
KR20180023097A (ko) * 2016-08-23 2018-03-07 삼성디스플레이 주식회사 표시 장치
JP2019009367A (ja) * 2017-06-28 2019-01-17 セイコーエプソン株式会社 光電変換装置の製造方法、光電変換装置、および電子機器
WO2019021462A1 (ja) * 2017-07-28 2019-01-31 シャープ株式会社 表示デバイス
KR102428557B1 (ko) 2017-11-20 2022-08-02 엘지디스플레이 주식회사 가시광 흡수율이 향상된 산화물 반도체 포토 트랜지스터 및 그 제조 방법
KR102509439B1 (ko) * 2018-03-06 2023-03-13 삼성디스플레이 주식회사 지문 센서 패키지 및 이를 포함하는 표시 장치
CN110176203B (zh) * 2018-05-09 2021-03-16 京东方科技集团股份有限公司 阵列基板及显示装置
CN110034168B (zh) * 2019-03-29 2021-07-30 上海天马微电子有限公司 显示面板及显示装置

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