• 한국정보통신학회논문지
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• 제18권3호
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• pp.663-669
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• 2014

본 연구에서는 RRAM (Resistive Random Access Memory) 소자의 $HfO_2$ 열처리 온도와 두께에 따라 소자의 전기적 특성을 측정하였다. 제작한 소자는 상부전극이 Pt/Ti(150nm), 하부전극은 Pt(150nm), 산화층 $HfO_2$의 두께는 45nm와 70nm이고, 열처리를 하지 않은 소자와 $500^{\circ}C$, $850^{\circ}C$ 로 열처리를 한 3 종류이다. 온도에 따라 소자의 전기적 성능으로 셋/리셋 전압, 저항변화를 측정하였다. 온도에 따른 기본특성 분석 실험 결과 온도가 증가함에 따라 셋 전압은 감소하고 리셋 전압은 증가하여 감지 여유 폭이 감소하였다. 열처리 온도가 $850^{\circ}C$ 소자가 고온 특성이 가장 우수한 것을 보였다. $HfO_2$ 산화층의 두께 45nm 소자가 70nm 소자보다 감지 여유 폭이 크지만 결함으로 LRS(Low Resistive State)에서 저항이 큰 것으로 측정되었다. $HfO_2$ 산화층 증착 시 결함을 줄일 수 있는 공정조건을 설정하면 초박막의 RRAM 소자를 제작할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국자기학회지
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• 제16권4호
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• pp.197-200
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• 2006

RF magnetron reactive sputtering법으로 CoFeHfO 박막을 상온에서 제작하여 산소분압에 따른 포화자화, 보자력, 이방성자계를 조사하였다. 최적조건인 산소분압 8%에서 제조한 $Co_{39}Fe_{34}Hf_{9.5}O_{17.5}$ 박막은 포자자속밀도($4{\pi}M_s$) 19kG, 보자력($H_c$) 0.37Oe, 이방성자계($H_k$) 48.62Oe의 우수한 연자성을 나타내었다. CoFeHfO 박막의 전기비저항은 산소분압이 늘어남에 따라 증가하는 경향을 나타내었으며 우수한 연자기적 성질을 가지는 $Co_{39}Fe_{34}Hf_{9.5}O_{17.5}$ 박막의 경우, 300 ${\mu}{\Omega}cm$의 높은 전기비저항과 48.62 Oe의 높은 이방성자계 때문에 $Co_{39}Fe_{34}Hf_{9.5}O_{17.5}$박막이 고주파에서 우수한 연자기 특성을 가지는 것으로 사료된다.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제5권2호
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• pp.120-126
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• 2005

We have proposed a characteristic method to estimate real composition when multi component oxide films are deposited by ALD. Final atomic concentration ratio was theoretically calculated from the film densities and growth rates for $HfO_2$ and $Al_2O_3$ using ALD processed HfxAhOz mms.W e have transformed initial source feeding ratio during deposition to fins] atomic ratio in $Hf_xAl_yO_z$ films through thickness factors ($R_{HFO_2}$ ami $R_{Al_2O_3}$) ami concentration factor(C) defined in our experiments. Initial source feeding ratio could be transformed into the thickness ratio by each thickness factor. Final atomic ratio was calculated from thickness ratio by concentration factor. It has been successfully confirmed that the predicted atomic ratio was in good agreement with the actual measured value by ICP-MS analysis.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.360.1-360.1
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• 2014

DSSC (Dye-Sensitized Solar Cell)의 TCO (Transparent Conductive Oxide)와 전해질 사이의 전자 재결합(Back reaction)은 DSSC의 효율을 떨어뜨리는 요소 중 하나이다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 Blocking layer로서 $TiO_2$ 가 많이 사용되어지고 있다. 본 실험에서는 $HfO_2$ 를 Blocking layer로 사용하여 전자 재결합으로 인한 효율 저하를 막기 위한 연구를 진행하였다. 기존 $TiO_2$ 대비 $HfO_2$는 큰 에너지 밴드갭을 가지고 있어, TCO와 전해질 사이에 전자 재결합을 줄여주는 역할을 하기 때문에 DSSC의 효율 향상을 확인할 수 있다. 효율 측정은 1sun (100 mW/cm, AM1.5)조건에서 solar simulator를 이용하여 측정 했으며, 전자 재결합 감소는 Dark Current, EIS (Electrochemical Impedance spectroscopy)의 측정을 통하여 확인하였다. $HfO_2$를 이용한 blocking layer를 염료 감응 태양전지에 적용하면, 전자 재결합에 의한 손실을 줄여 성능적 측면에서 개선 가능할 것으로 생각된다.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제14권5호
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• pp.543-548
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• 2014

In this paper, the dielectric relaxation and reliability of high capacitance density metal-insulator-metal (MIM) capacitors using $Al_2O_3-HfO_2-Al_2O_3$ and $SiO_2-HfO_2-SiO_2$ sandwiched structure under constant voltage stress (CVS) are characterized. These results indicate that although the multilayer MIM capacitor provides high capacitance density and low dissipation factor at room temperature, it induces greater dielectric relaxation level (in ppm). It is also shown that dielectric relaxation increases and leakage current decreases as functions of stress time under CVS, because of the charge trapping effect in the high-k dielectric.

• 한국재료학회지
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• 제17권2호
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• pp.96-99
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• 2007

The effects of post-annealing of high-k $HfO_2$ thin films grown by atomic layer deposition method were investigated by the annealing treatments of $400-600^{\circ}C$. $Pt/HfO_2/p-Si\;MOS$ capacitor structures were fabricated, and then the capacitance-voltage and current-voltage characteristics were measured to analyze the electrical characteristics of dielectric layers. The X-ray diffraction analyses revealed that the $500^{\circ}C-annealed\;HfO_2$ film remained to be amorphous, and the $600^{\circ}C-annealed\;HfO_2$ film was crystallized. The annealing treatment at $500^{\circ}C$ resulted in the highest capacitance and the lowest leakage current due to the reduction of defects in the $HfO_2$ films and non-crystallization. Our results suggest that post-annealing treatments are a critical factor in improving the characteristics of gate dielectric layer.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.448-448
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• 2012

최근에 pH 감지막의 감지감도특성을 평가하기 위해 electrolyte insulator semiconductor (EIS) 구조가 유용하게 이용되고 있다. EIS는 간단한 구조와 pH 용액에 빠른 응답속도, 낮은 단가 및 집적이 용이하다는 장점이 있다. EIS 구조에서 화학적 용액에 대한 감지감도 평가 중 가장 중요하게 작용하는 부분이 감지막이다. 이 감지막은 감지 대상 물질과 물리적으로 직접 접촉되는 부분으로서 일반적으로 기계적/화학적 강도가 우수한 실리콘 산화막($SiO_2$)이 많이 사용되어져 왔다. 최근에는 기존의 $SiO_2$ 보다 성능이 향상된 감지막을 개발하기 위하여 $Al_2O_3$, $HfO_2$, $ZrO_2$, 그리고 $Ta_2O_5$와 같은 고유전 상수(high-k)를 가지는 물질들을 EIS 센서의 감지막으로 이용하는 연구가 활발하게 진행되고 있다. High-k 물질 중 $Al_2O_3$는 산성에서 알칼리성 영역까지의 넓은 화학안정성을 가지며 화학용액에 대해 내구성이 우수한 특성을 가진다. $HfO_2$은 내식성이 뛰어나며 출력특성이 높은 장점을 가진 물질이다. 본 실험에서는 특성이 다른 두 물질을 EIS의 감지막으로 각각 사용하여 두께에 따른 의존성을 평가하였다. 제작한 EIS 구조의 pH 센서를 바이오 센서에 적용하였을 때 신호대 잡음비(SNR: signal to noise)가 여전히 취약하다는 문제점이 있었다. 이런 문제점을 보완하기 위하여 감지막의 물리적 두께는 점점 얇아지게 되었고 그 결과 높은 출력 특성을 얻게 되었지만, 감지막이 얇아짐에 따라서 화학 용액 중의 이온 침투로 인한 감지막 자체의 손상 또한 심각한 문제로 대두되었다. 이로 인해 최적화 된 감지막의 두께를 얻을 필요가 있다. 결론적으로 $Al_2O_3$, $HfO_2$ 두 감지막 모두 두께가 23 nm일 때 가장 우수한 특성을 보였으며, $Al_2O_3$를 감지막으로 사용하였을 경우 화학적 용액에 대해 내구성이 뛰어났고, $HfO_2$을 사용하였을 때에는 화학적 용액에 대한 안정성 보다는 pH 용액변화에 따른 향상된 감지감도특성을 보였다.

• 한국재료학회지
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• 제27권1호
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• pp.48-52
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• 2017

In this study, we used I-V spectroscopy, photoconductivity (PC) yield and internal photoemission (IPE) yield using IPE spectroscopy to characterize the Schottky barrier heights (SBH) at insulator-semiconductor interfaces of Pt/$HfO_2$/p-type Si metal-insulator-semiconductor (MIS) capacitors. The leakage current characteristics of the MIS capacitor were analyzed according to the J-V and C-V curves. The leakage current behavior of the capacitors, which depends on the applied electric field, can be described using the Poole-Frenkel (P-F) emission, trap assisted tunneling (TAT), and direct tunneling (DT) models. The leakage current transport mechanism is controlled by the trap level energy depth of $HfO_2$. In order to further study the SBH and the electronic tunneling mechanism, the internal photoemission (IPE) yield was measured and analyzed. We obtained the SBH values of the Pt/$HfO_2$/p-type Si for use in Fowler plots in the square and cubic root IPE yield spectra curves. At the Pt/$HfO_2$/p-type Si interface, the SBH difference, which depends on the electrical potential, is related to (1) the work function (WF) difference and between the Pt and p-type Si and (2) the sub-gap defect state features (density and energy) in the given dielectric.

• 한국자기학회지
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• 제17권1호
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• pp.38-42
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• 2007

단일상의 $KFeO_2$ 분말을 ball-mill법을 이용하여 제조 하였다. 결정학적 및 자기적 성질을 x-선 회절법, 중성자 회절 실험, 뫼스바우어 분광법으로 연구 하였다. x-선 및 중성자 회절실험 분석 결과 $KFeO_2$ 시료의 결정구조는 격자상수 $a_0=5.557{\AA},\;b_0=11.227{\AA},\;c_0=15.890{\AA}$을 갖는 단일상의 orthorhombic구조로 분석 되었다. 또한 시간변화에 따른 $KFeO_2$의 강한 흡습성으로 인한 급격한 변화를 확인할 수 있었다. 뫼스바우어 스펙드럼 결과 1 set(6-line)으로 분석되었다. 극저온(4.2 K)과 상온에서의 초미세자기장값(hyperfine field)은 각각 519, 489 kOe이었으며, 이성질체 이동치(isomer shift)는 0.19, 0.05 mm/s로 나타났다. $KFeO_2$의 스핀과 여기에 의한 T/Tc<0.7 이하의 초미세자기장 $H_{hf}(T)$의 변화는 $[H_{hf}(T)-H_{hf}(0)]/H_{hf}(0)=-0.16(T/Tc)^{3/2}-0.25(T/Tc)^{5/2}$로 얻어졌다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2009년도 추계학술대회 논문집
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• pp.48-48
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• 2009

최근 빠른 동작속도와 고 집적도를 얻기 위해 metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) 의 크기는 계속 해서 줄어들고 있다. 동시에 게이트의 절연층도 얇아지게 된다. 절연층으로 사용되는 $SiO_2$ 의 두께가 2nm 이하로 얇아 지게 되면 터널링에 의해 누설 전류가 발생하게 된다. 이 문제를 해결하기 위해 $SiO_2$ 를 대체할 고유전체 물질의 연구가 활발하다. 고유전체 물질 중에는 $ZrO_2,\;Al_2O_3,\;HfO_2$ 등이 많이 연구 되어 왔다. 하지만 유전상수 이외에 band gap energy, thermodynamic stability, recrystallization temperature 등의 특성이 좋지 않아 대체 물질로 문제점이 있다. 이를 보안하기 위해 산화물을 합금과 결합시키면 서로의 장점들이 합쳐져 기준들을 만족하는 물질을 만들 수 있고 $HfAlO_3$가 그 중 하나이다. Al를 첨가하는 이유는 문턱전압을 낮추기 위해서다. $HfAlO_3$는 유전상수 18.2, band gap energy 6.5 eV, recrystallization temperature 800 $^{\circ}C$이고 열역학적 특성이 안정적이다. 게이트 절연층은 전극과 기판사이에 적층구조를 이루고 있어 이방성인 드라이 에칭이 필요하고 공정 중 마스크물질과의 선택비가 높아야한다. 본 연구는 $HfAlO_3$박막을 $BCl_3/Ar,\;N_2/BCl_3/Ar$ 유도결합 플라즈마를 이용해 식각했다. 베이스 조건은 RF Power 500 W, DC-bias -100 V, 공정압력 15 mTorr, 기판온도 40 $^{\circ}C$ 이다. 가스비율, RF Power, DC-bias, 공정 압력에 의한 마스크물질과 의 선택비를 알아보았다.