• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제36권2호
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• pp.125-128
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• 2023

Recently, as the process of the MOS device becomes more detailed, and the degree of integration thereof increases, many problems such as leakage current due to an increase in electron tunneling due to the thickness of SiO₂ used as a gate oxide have occurred. In order to overcome the limitation of SiO₂, many studies have been conducted on HfO₂ that has a thermodynamic stability with silicon during processing, has a higher dielectric constant than SiO₂, and has an appropriate band gap. In this study, HfO₂, which is attracting attention in various fields, was doped with Al and the change in properties according to its concentration was studied. Al-doped HfO₂ thin film was deposited using Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition (PEALD), and the structural and electrical characteristics of the fabricated MIM device were evaluated. The results of this study are expected to make an essential cornerstone in the future field of next-generation semiconductor device materials.

• 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.

• 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.

• 한국세라믹학회지
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• 제53권5호
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• pp.563-567
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• 2016

The structural properties of $HfO_2$ films could be improved by thermal treatment owing to their crystallization. We deposited $HfO_2$ films on sapphire by radio frequency (RF) magnetron sputtering, whose base vacuum pressure was lower than $4.5{\times}10^{-6}$ Pa, RF power was 100 W, working temperature was $200^{\circ}C$, working pressure was 3 mTorr, and the density of the active gas (Argon) was 20 sccm. After depositing the $HfO_2$ films, the samples were thermally treated by rapid thermal annealing (RTA) in $O_2$ ambient at different temperatures. Subsequently, the measured physical properties (structural, morphological, and optical) indicated that the crystallite size, refractive index at a wavelength of 632 nm, and packing density increased with rising temperatures. In particular, an $HfO_2$ film thermally treated at $800^{\circ}C$ in $O_2$ ambient had the highest refractive index of 2.0237 and packing density of 0.9638. The relation between optical and structural properties was also analyzed.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제5권2호
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• pp.107-112
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• 2005

We present an AlGaN/GaN metal-insulator-semiconductor-heterostructure field effect transistor (MIS-HFET) with an $Al_2O_3-HfO_2$ laminated high-k dielectric, deposited by plasma enhanced atomic layer deposition (PEALD). Based on capacitance-voltage measurements, the dielectric constant of the deposited $Al_2O_3-HfO_2$ laminated layer was estimated to be as high as 15. The fabricated MIS-HFET with a gate length of 102 m exhibited a maximum drain current of 500 mA/mm and maximum tr-ansconductance of 125 mS/mm. The gate leakage current was at least 4 orders of magnitude lower than that of the reference HFET. The pulsed current-voltage curve revealed that the $Al_2O_3-HfO_2$ laminated dielectric effectively passivated the surface of the device.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제55권3호
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• pp.895-901
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• 2023

Oxide-dispersion- strengthened nickel alloys with Hf additions are expected to present high temperature mechanical properties and durable helium resistance based on first-principles density functional theory (DFT) calculations. Energetic and charge density evaluations of the helium behaviors were performed in Ni matrix, Y₂Hf₂O₇ oxide and the oxide/matrix interface. With the presence of coherent Y₂Hf₂O₇ in Ni matrix, chances of helium bubbles in Ni can be greatly diminished. The helium atoms shall occupy the interfacial site initially, then diffuse into in the octahedral sites of Y₂Hf₂O₇, and these oxide-captured He atoms prefer to separate individually. Much higher diffusion barrier of He in Y₂Hf₂O₇ than in nickel is related to the strong hybridization between interstitial He-1s and nearest-neighboring O-2p orbitals.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.196-197
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• 2010

NAND형 charge trap flash (CTF) non-volatile memory (NVM) 소자가 30nm node 이하로 고집적화 되면서, 기존의 SONOS형 CTF NVM의 tunnel barrier로 쓰이는 SiO2는 direct tunneling과 stress induced leakage current (SILC)등의 효과로 인해 data retention의 감소 등 물리적인 한계에 이르렀다. 이에 따라 개선된 retention과 빠른 쓰기/지우기 속도를 만족시키기 위해서 tunnel barrier engineering (TBE)가 제안되었다. TBE NVM은 tunnel layer의 전위장벽을 엔지니어드함으로써 낮은 전압에서 전계의 민감도를 향상 시켜 동일한 두께의 단일 SiO2 터널베리어 보다 빠른 쓰기/지우기 속도를 확보할 수 있다. 또한 최근에 각광받는 high-k 물질을 TBE NVM에 적용시키는 연구가 활발히 진행 중이다. 본 연구에서는 Si3N4와 HfAlO (HfO2 : Al2O3 = 1:3)을 적층시켜 staggered의 새로운 구조의 tunnel barrier Capacitor를 제작하여 전기적 특성을 후속 열처리 온도와 방법에 따라 평가하였다. 실험은 n-type Si (100) wafer를 RCA 클리닝 실시한 후 Low pressure chemical vapor deposition (LPCVD)를 이용하여 Si3N4 3 nm 증착 후, Atomic layer deposition (ALD)를 이용하여 HfAlO를 3 nm 증착하였다. 게이트 전극은 e-beam evaporation을 이용하여 Al를 150 nm 증착하였다. 후속 열처리는 수소가 2% 함유된 질소 분위기에서 $300^{\circ}C$와 $450^{\circ}C$에서 Forming gas annealing (FGA) 실시하였고 질소 분위기에서 $600^{\circ}C{\sim}1000^{\circ}C$까지 Rapid thermal annealing (RTA)을 각각 실시하였다. 전기적 특성 분석은 후속 열처리 공정의 온도와 열처리 방법에 따라 Current-voltage와 Capacitance-voltage 특성을 조사하였다.

• 한국재료학회지
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• 제18권3호
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• pp.148-152
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• 2008

A new cost-effective atomic layer deposition (ALD) technique, known as Proximity-Scan ALD (PS-ALD) was developed and its benefits were demonstrated by depositing $Al_2O_3$ and $HfO_2$ thin films using TMA and TEMAHf, respectively, as precursors. The system is consisted of two separate injectors for precursors and reactants that are placed near a heated substrate at a proximity of less than 1 cm. The bell-shaped injector chamber separated but close to the substrate forms a local chamber, maintaining higher pressure compared to the rest of chamber. Therefore, a system configuration with a rotating substrate gives the typical sequential deposition process of ALD under a continuous source flow without the need for gas switching. As the pressure required for the deposition is achieved in a small local volume, the need for an expensive metal organic (MO) source is reduced by a factor of approximately 100 concerning the volume ratio of local to total chambers. Under an optimized deposition condition, the deposition rates of $Al_2O_3$ and $HfO_2$ were $1.3\;{\AA}/cycle$ and $0.75\;{\AA}/cycle$, respectively, with dielectric constants of 9.4 and 23. A relatively short cycle time ($5{\sim}10\;sec$) due to the lack of the time-consuming "purging and pumping" process and the capability of multi-wafer processing of the proposed technology offer a very high through-put in addition to a lower cost.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2007년도 추계학술발표대회 및
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• pp.18.1-18.1
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• 2007

• 한국세라믹학회:학술대회논문집
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• 한국세라믹학회 2003년도 추계총회 및 연구발표회 초록집
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• pp.34.2-34.2
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• 2003