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CVD (Chemical Vapor Deposition)는 ‘화학기상 증착법’으로 불리는 증착 방법 중 하나입니다. GAS와 같은 다양한 반응 기체와 에너지를 활용해 기판 표면에 화학적 반응을 통해 피복하여 증착하는 방법을 의미합니다. 쉽게 말하면 원료가 되는 가스를 주입해 에너지(열/플라즈마 등)를 통해 화학 결합 등의 반응을 일으켜, 생성된 생성물을 기판 표면에 쌓아서 얇은 막을 형성하는 것입니다. CVD는 박막 형성 제조의 대표적인 방법 중 하나로 박막품질과 도포성이 우수해 많이 사용하는 방식입니다. 고체나 액체 상에서 반응을 얻기 어려운 박막의 조성도 화학 반응을 통해 쉽게 증착할 수 있습니다. LTPS 제조시  a-Si를 증착하거나, TFT 제작에서 절연막과 보호막을 쌓을때 활용되는 공정입니다. CVD는  활성화 에너지 공급 방식, 반응 온도, 증착막 종류, 반응기 내부 압력 등에 따라 PECVD, APCVD, LPCVD, HDPCVD 등 여러가지 방식이 있습니다. 대표적으로 많이 사용하는 PECVD(Plasma Enhanced CVD)는 챔버 내에 플라즈마를 형성시켜 박막을 형성하는 것입니다. 플라즈마는 초고온에서 음전하를 가진 전자와 양전하를 띤 이온으로 분리된 기체 상태를 의미합니다. PECVD 방식은 다음과 같습니다. 반응 시킬 기체를 주입하고, 높은 전압을 수직으로 걸어주면 프라즈마 상태로 이온화된 기체들이 서로 화학 반응을 하여 원하는 물질은 기판에 쌓이게 됩니다. 그리고 나머지 이온들도 결합해 기체로 배출되는 방식입니다.

옥사이드(Oxide)는 디스플레이 TFT(박막트랜지스터) 기술 중 하나입니다. TFT는 반도체 재료와 물성에 따라 아몰퍼스실리콘(a-Si), LTPS, 옥사이드 등으로 나뉘며, 옥사이드 TFT 역시 스위치 및 픽셀의 밝기를 조절하는 용도로 사용됩니다. ‘인듐-갈륨-아연(In-Ga-Zn)’을 재료로 공정 과정에서 반도체 특성을 갖는 산화물(In-Ga-Zn-Oxygen)’로 만들기 때문에 ‘산화물’을 뜻하는 옥사이드(Oxide) TFT라고 부릅니다. 옥사이드는 아몰퍼스실리콘(a-Si)과 마찬가지로 비정질 형태의 TFT입니다. 하지만 아몰퍼스실리콘(a-Si) TFT에 비해 전자의 이동속도가 10배 가량 빠르기 때문에, 상대적으로 고해상도 디스플레이 구현에 유리합니다. 이동속도가 빠르기 때문에 TFT 회로의 집적화에도 유리해, 공간 활용도가 높아지고 베젤을 더 얇게 만들 수 있습니다. LTPS(Low Temperature Poly-Silicon, 저온다결정실리콘)에 비해 전자이동도는 느리지만, 기존 a-Si의 공정 설비를 상당부분 그대로 사용할 수 있어, 생산 비용 측면에서 상대적 우위를 갖습니다. 또 LTPS와 달리 레이저 결정화(ELA) 공정을 사용하지 않아, 결정화 공정에 따른 크기 제약이 없고, 비정질이기에 균일성이 우수해 TV와 같은 대형 사이즈 디스플레이에 적합합니다.

아몰퍼스실리콘(Amorphous Silicon, a-Si)은 디스플레이 TFT(박막트랜지스터) 기술 중 하나입니다. TFT는 재료 특성에 따라 아몰퍼스실리콘(a-Si), LTPS, Oxide 등으로 나뉩니다. ‘아몰퍼스(Amorphous)’는 비결정화된 고체를 뜻하는 말입니다. 고체는 일반적으로 원자 배열이 규칙적인 결정 상태이지만, 아몰퍼스는 원자배열이 무질서한 상태입니다. 아몰퍼스실리콘은 정해진 형태가 없는 실리콘이라는 의미에서 ‘비정질 실리콘’이라고 불립니다. 초기 LCD에는 주로 아몰퍼스실리콘 TFT를 사용하였습니다. 아몰퍼스 실리콘을 이용해 TFT를 제조하는 것이 공정 프로세스가 단순하고, 수율이 높았기 때문입니다. 또한 화면의 균일성 확보에도 유리해 대형 구현도 가능했습니다. 한마디로 제조 비용을 줄이고, 안정적인 생산을 위해 적절한 기술이었습니다. TFT는 전류의 흐름을 조절해 디스플레이 화면을 구성하는 각 픽셀의 밝기를 조절하는 역할을 합니다. 그런데 아몰퍼스 실리콘을 활용하면 무질서하게 배열된 실리콘 때문에 전자가 빠르게 이동할 수가 없다는 단점이 있습니다. 전자 이동도가 낮으면 신호 전송속도가 떨어지게 되면서 초기 저해상도 LCD는 문제없지만, 복잡한 고해상도 디스플레이에서는 효율이 떨어지는 한계가 발생합니다. LTPS(Low Temperature Poly Silicon) TFT는 이런 단점을 극복하기 위해 무질서한 형태의 아몰퍼스 실리콘을 레이저로 재결정화해, 어느정도 질서 있는 다결정 실리콘으로 만들어 전자 이동속도를 수백배 빠르게 높여준 기술입니다. LTPS 방식은 제조 프로세스가 복잡하지만, 고해상도 디스플레이 패널이 가능해 최근 중소형 디스플레이에 주로 사용되는 방식입니다.

LTPS(저온 다결정 실리콘)는 디스플레이의 픽셀의 밝기를 조절하는 TFT의 한 종류로 a-Si(비정질 실리콘)의 특성을 변화시켜 전자의 이동 성능을 높인 TFT입니다. 현재 디스플레이용 TFT는 소자 특성에 따라 크게 a-Si과 LTPS이 사용됩니다. a-Si은 ‘Amorphous Silicon’의 약자로 ‘정해진 형태가 없는 (비정질)실리콘’이며, LTPS 는 ‘Low-Temperature Polycrystalline Silicon’의 약자로 ‘저온 다결정 실리콘’이라는 뜻입니다. 레이저를 이용해 a-Si에 열처리를 하면 a-Si 실리콘이 재결정화 돼 다결정 실리콘으로 변하며, 이때 만들어진 다결정 실리콘을 LTPS라고 부릅니다. TFT는 전류가 잘 흐를수록, 즉, 전자의 이동성이 높을수록 성능이 우수합니다. 따라서 전자 이동에 가장 이상적인 형태인 단결정 실리콘(Single Crystal Silicon)과 유사한 형태로 만들기 위해 무질서한 형태의 a-Si을 재결정화 해 질서정연한 단결정 실리콘 형태의 영역들이 생기도록 함으로써 성능과 효율을 높입니다. 따라서 전자가 각 영역의 경계선을 넘을 때는 속도가 느려지지만, 단결정 영역 안으로 들어오면 단결정 실리콘과 유사한 빠른 이동 성능을 발휘합니다. 전자의 이동이 빠르면 TFT 회로의 동작을 빠르게 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 고속도로가 일반도로보다 차량을 빨리 보낼 수 있듯이, 단시간에 원하는 전류량을 충분히 보내줄수 있어 촘촘한 회로 구성이 필요한 고해상도 디스플레이 패널에 유리합니다. 따라서 현재 고해상도 스마트폰 디스플레이에는 LTPS가 대표적인 TFT로 사용되고 있습니다.

TFT(박막트랜지스터)는 Thin Film Transistor 의 약자입니다. 트렌지스터는 반도체로 이루어진 전자회로 구성요소로 전류의 흐름을 조절하는 밸브 역할을 합니다. 박막트랜지스터는 얇은 필름 형태인 박막을 이용하여 만든 트랜지스터입니다. 디스플레이에서 TFT는 디스플레이의 화면을 구성하는 각각의 픽셀의 밝기를 조절 하는 역할을 합니다. 1개의 픽셀은 R, G, B를 구성하는 서브픽셀로 이루어져 있고, 디스플레이가 색을 구현하려면 각각의 서브픽셀에전류가 필요합니다.  TFT는 각 서브 픽셀에 위치하며, 특정 전압이 가해 졌을때, 해당 전류량을 가지고 픽셀을 구동 하게 됩니다. TFT는 기판 위에 전류가 흐를 수 있는 액티브 층을 형성한 후, 게이트 전압을 조절 하여 액티브층을 통해 소스에서 드레인으로 전자(홀)를 이동시킵니다. 게이트는 액티브 층을 통해 흐르는 전류를 조절하는 밸브 역할을 하며, 소스와 드레인은 전자를 주고 받는 역할을 합니다. TFT를 통해 흐른 전류는 OLED의 경우, R,G,B 각각의 유기물층을 통과 하면서 빛을 발광하고(자발발광), LCD는 액정을 회전시켜 뒷면의 빛이  R,G,B 필터를 통과하도록 합니다. 이를 통해 RGB 색을 조절하여 다양한 색이 구현되는 것입니다. 디스플레이에 사용하는 TFT는 재료에 따라 구분되는데 크게 a-si와 LTPS가 있습니다. a-si(Amorphous Silicon)은 ‘비정질 실리콘’을 의미하며, LTPS(Low-Temperature Polycrystalline Silicon)은 저온 다결정 실리콘’이라는 뜻입니다. LTPS는 a-si보다 전자의 이동속도가 빨라 고속 동작 회로 구현이 가능하고, 단시간 내 원하는 전류량을 줄 수 있어 트랜지스터 크기를 작게 만들 수 있습니다. 덕분에 고해상도 패널 제작이 가능하고 화면 개구율을 높여 화질을 개선할 수 있습니다. 현재 고해상도 스마트폰 디스플레이는 대부분…

  ‘보이지 않는 손(Invisible hand)’   영국의 고전 경제학자 ‘애덤 스미스(Adam Smith)’가 그의 저서 《국부론》에서 ‘시장 경제의 보이지 않는 자율 작동 원리’를 표현하기 위해 사용했던 유명한 말이죠. OLED와 LCD에도 화면을 조화롭게 표현하기 위한 ‘보이지 않는 손’이 있다는 사실 알고 계셨나요? 오늘은 너무 작아서 눈에는 보이지 않지만, 디스플레이의 기본 단위인 픽셀을 조절하는데 없어서는 안되는 보이지 않는 손 ‘TFT(박막트랜지스터)’를 알아보겠습니다.   TFT란 무엇? TFT란 Thin Film Transistor의 약자로 우리 말로는 ‘박막트랜지스터’라고 부릅니다. Thin Film은 얇은 필름이라는 뜻으로 이해가 갈 듯 한데, 트랜지스터는 무엇인지 쉽게 와 닿지는 않습니다. 트랜지스터란 일종의 ‘스위치’입니다. 전등을 켤 때 우리가 스위치를 누르듯이, 디스플레이에도 화면을 켜고 끄는 스위치가 필요합니다. 흔히 교과서에서 볼 수 있는 전통적인 트랜지스터는 아래와 같은 모형입니다. 디스플레이의 트랜지스터인 TFT는 그럼 어떻게 스위치의 역할을 한다는 것일까요? 지난 ‘[디스플레이 톺아보기] ② 픽셀부터 해상도까지!‘ 편에서 디스플레이의 기본 구성 요소인 ‘픽셀(Pixel)’을 다루어 보았는데요. 바로 이 수 많은 픽셀들이 모여 하나의 화면을 이루기 위해, 각 픽셀의 빛을 조절하는 것이 바로 TFT의 역할입니다.   TFT는 어디에 있을까? 위 그림과 같이 픽셀은 다시 세부적으로 적/녹/청색을 내는 서브픽셀(Sub-Pixel)로 나뉘고 이 서브픽셀의 휘도(밝기)를 각각 조절해 우리가 보는 한가지 색을 표현하게 됩니다. TFT는 각 서브픽셀의 아래에 유사한 크기로 위치하며, 그림에서 검은색으로 표시된 TFT전극을 통해 서브픽셀을 조절합니다.  …