Research

High Voltage TFT based Sensor & Actuator

연구 배경

 High Voltage Thin Film Transistor(이하 HVTFT)는 수 V ~ 수십 V의 gate 신호를 source와 drain 사이의 높은 전위차(100 V ~ 1 kV)로 전달하는 전자소자를 말한다. HVTFT의 주요한 응용예로는 dielectric actuator와 같은 고전압 인공근육의 구동, wearable 기기 구동, field emission용 회로 등이 있다. HVTFT를 haptic display에 적용하고 video display와 융합하기 위해서는 유리 기판 상에 제작이 필요하며, 따라서 bulk 반도체 transistor보다 증착하여 제작 가능한 thin film transistor가 적합하다. 증착 가능한 반도체 재료로는 비정질 실리콘, 다결정 실리콘, 산화물 반도체 등이 있으나, 비정질 실리콘은 전하이동도가 산화물 반도체(최대 약 100 cm2/Vs)에 비해서 수십 cm2/Vs로 낮으며, 다결정 실리콘은 기계적인 안정성과 대면적 공정에서의 균일도가 산화물 반도체에 비해서 낮다. 산화물 반도체는 실리콘에 비해 wide bandgap을 가져 낮은 leakage current가 가능하고, 높은 전하이동도와 안정성, 균일성을 가져 haptic display에 적합하다.

 지금까지 발표된 연구결과들에서 HVTFT는 약 104의 IOn/IOff, 10 V/dec의 subthreshold swing(S.S.), 그리고 약 100 Hz 이하의 동작 특성을 가진다. 현재까지 저전압(≤ 10 V) 회로로 고전압 회로를 제어하는 방법은 그 둘 사이를 optocoupler나 power transistor등으로 연결하여 신호를 전달하는 방법이며, IGZO와 같은 wide bandgap(~3.1 eV)을 가지는 산화물 반도체의 등장으로 기존의 소자들을 대체하면서도 크기가 작은 HVTFT 연구가 진행되고 있다. 그러나 대부분 동작 전압이 1 kV 이하이며, 고전압 동작에 의한 off-state leakage가 크기 때문에 체계적인 연구를 통하여 off-state leakage를 유지한 상태에서 고전압 구동이 가능한 HVTFT에 대한 연구가 필요하다.

본 연구실에서는 oxide channel에 대한 연구, HVTFT용 구조 연구 및 이를 바탕으로 한 sensor와 actuator 연구를 진행 하고 있다.