디스플레이 구조 내의 반도체는 저장용 반도체와 무엇이 다른가?? (FET 반도체 vs TFT 반도체)

안녕하세요!

디스플레이를 공부하고 있는 타임플렉스입니다.

 

이제 본격적으로 디스플레이에 대한 공부를 같이 해보려고 합니다.

블로그 글이기 때문에 너무 깊은 내용보다는 조금은 가볍게 함께 알아가보도록 해요!

 

 

 

반도체 디스플레이라는 단어를 많이 들어보셨을거라 생각됩니다. 이 때, 반도체는 앞서 설명한 바와 같이 디스플레이를 이루는 하나의 부품입니다. 그 부품 중 반도체가 들어가는 부분을 TFT (Thin-film transistor)라고 합니다. 

TFT(Thin-film transistor)의 정의 및 역할

TFT는 트랜지스터로 전기 신호에 대해 스위치 역할을 합니다. 특히, 디스플레에서는 발광되는 부분에 신호(Signal)을 줌으로써 각각의 빛이 나올 수 있도록 제어하는 역할을 합니다. 이 때 TFT는 각각의 픽셀 (빛이 들어오는 최소 영역 단위)에 각각 존재하며 각각의 빛은 컨트롤 할 수 있는 반도체 구조를 의미합니다. 

 

MOSFET 반도체와 비슷한 듯 다른 TFT 구조

MOSFET과 TFT는 MOS(Metal Oxide semiconductor) 게이트 구조를 가지는 구조의 소자라는 점에서 비슷하게 작동합니다.

먼저, MOSFET 반도체는 Metal인 Gate와 Major carrier (전자(electron) 또는 정공(hole))이 존재하는 Source와 Drain으로 구성되어 있고, 그 Major 캐리어에 따라 n-type 및 p-type 반조체로 구분이 됩니다. 그리고 back plane이 Silicone wafer로 되어있으며 Source와 Drain 과 다른 type의 Major carrier를 가지고 있습니다. 이러한 n-type, p-type backplane과 Gate는 절연막인 Oxide 층으로 구성되어 있습니다. 이 때 전류가 흐르는 이유는 Source - back plane (Gate) - drain 사이의 차이로 인해 구별이 되고 이로 인해 형성된 channel로 인해 전류가 흐르게 됩니다. 즉, Major carrier와 Minor carrier 사이의 차이로 인한 값이기 때문에 inversion mode에서 작동하게 됩니다.

반면, TFT는 MOSFET과 거의 동일한 구조로 이루어져 있지만, Channel층이 따로 존재합니다. 이를 Active layer라고 하며 a- Si 이 해당 연구를 수행합니다. Gate와 Source drain에 인가된 전압으로 인해 분극이 형성되며, channel 층에 전자가 모여 전자가 흐르는 특성이 중요합니다. 이 때문에 TFT는 accumulation mode에서 작동을 하게 됩니다. 디스플레이 내부에 반도체가 동일하게 존재하지만 MOSFET 과 같은 저장용 또는 시스템 반도체는 inversion mode 에서, TFT에서는 픽셀의 on/off를 메인으로 담당하기 때문에 accumulation mode에서 작동을 하게 됩니다.

MOSFET 반도체와 TFT 반도체의 구조

 

 

 

각각의 작동 mode는 어떤 연구를 중요시하는가?

1) FET 기반의 반도체 소자 연구

저장 및 시스템 반도체에 쓰이는 반도체는 electon과 hole의 차이(delta)가 중요하고 그로 인해 연구는 이 차이를 크게 하는 방향으로 연구가 됩니다.

그로 인해 많은 연구가 이루어지는 부분은 Oxide layer (절연막)에 대한 연구 및 FET 구조 입니다. 분극을 크게 만들 수 있는 high K material에 대한 연구와 inversion(delta)를 크게 하는 연구가 중요합니다.

2) TFT 기반의 반도체 소자 연구

디스플레이에서 쓰이는 반도체 소자의 연구는 Channel 특성에 대한 연구가 주를 이루게 됩니다. LCD에서 쓰이는 a-Si은 비정질실리콘으로 결절 특성이 wafer에 비해 고르지 않지만 이러한 특성으로 channel 내부의 전하의 이동이 빠르게 하는 것이 중요합니다.

특히, on/off 특성을 제어하는 역할을 하기 때문에 반응 특성 (Mobility)에 대한 연구가 주로 이루어집니다.

 

반도체 연구가 기본적으로 비슷한 틀에서 연구가 되지만 각각 어떤 부분을 주 목적으로 하는지에 따라 각각의 연구가 좀 더 다른 특성을 지닐 수 있습니다. 반도체가 가지는 역할에 따라서 그에 대한 연구가 다를 수 있음에 따라 연구실에서 어떤 연구를 하는지 비교해보는 것도 좋을 것 같습니다.