• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제30권4호
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• pp.32-43
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• 2023

저항 변화 메모리 소자(RRAM)는 저항 변화 특성을 기반으로 빠른 동작 속도, 간단한 소자 구조 및 고집적 구조의 구현을 통해 많은 양의 데이터를 효율적으로 처리할 수 있는 차세대 메모리 소자로 주목받고 있다. RRAM의 작동원리 중 하나로 알려진 interface type의 저항 변화 특성은 forming process를 수반하지 않고 소자 크기를 조절하여 낮은 전류에서 구동이 가능하다는 장점을 갖는다. 그 중에서도 전이 금속 산화물 기반 RRAM 소자의 경우, 정확한 물질의 조성 조절 방법과 소자의 신뢰성 및 안정성과 같은 메모리 특성을 향상시키기 위해 다양한 연구가 진행 중에 있다. 본 논문에서는 이종 원소의 도핑, 다층 박막의 형성, 화학적 조성 조절 및 표면 처리 등의 방법을 이용하여 interface type 저항 변화 특성의 저하를 방지하고 소자 특성을 향상시키기 위한 다양한 방법을 소개하고자 한다. 이를 통해 향상된 저항 변화 특성을 기반으로 한 고효율 차세대 비휘발성 메모리 소자의 구현 가능성을 제시한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.57-58
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• 2011

III-V족 화합물 반도체의 일종인 InSb는 77 K에서 0.23 eV의 작은 밴드 갭을 가지며 높은 전하 이동도를 가지고 있기 때문에 대기권에서 전자파 흡수가 일어나지 않는 3~5 ${\mu}m$범위의 장파장 적외선 감지가 가능하여 중적외선 감지 소자로 이용되고 있다. 하지만 InSb는 밴드 갭이 매우 작기 때문에, 소자 제작시 누설전류에 의한 소자 특성의 저하가 문제시 되고 있다. 또한 다른 화합물 반도체에 비해 녹는점이 낮고, 휘발성이 강한 5족 원소인 Sb의 승화로 기판의 화학양론적 조성비(stoichiometry)가 변하기 쉬워, 계면특성 저하의 원인이 된다. 따라서 우수한 특성을 가지는 적외선 소자의 구현을 위해서, 저온에서 계면 특성이 우수한 고품질의 절연막 증착 연구가 필수적이다. 본 연구에서는 InSb 기판 위에 $SiO_2$, $Si_3N_4$의 절연막 형성시 증착온도의 변화에 따른 계면 트랩 밀도를 분석하였다. $SiO_2$, $Si_3N_4$ 절연막은 플라즈마 화학 기상 증착법(PECVD)을 이용하여 n형 InSb 기판 위에 증착하였으며, 증착온도를 $120^{\circ}C$부터 $240^{\circ}C$까지 변화시켰다. Metal oxide semiconductor(MOS) 구조 제작을 통하여, 커패시턴스-전압(C-V)분석을 진행하였으며, 절연막과 InSb 사이의 계면 트랩 밀도를 Terman method를 이용하여 계산하였다[1]. 또한, $SiO_2$와 $Si_3N_4$의 XPS 분석과 TOF-SIMS 분석을 통하여 계면 트랩 밀도의 원인을 밝혀 보았다. $120{\sim}240^{\circ}C$ 온도 범위에서 계면 트랩 밀도는 $Si_3N_4$의 경우 $2.4{\sim}4.9{\times}10^{12}cm^{-2}eV^{-1}$, $SiO_2$의 경우 $7.1{\sim}7.3{\times}10^{11}cm^{-2}eV^{-1}$ 값을 나타냈고, 두 절연막 모두 증착 온도가 증가할수록 계면 트랩 밀도가 증가하는 경향을 보였다. 그러나 모든 샘플에서 $Si_3N_4$의 경우, flat band voltage가 음의 전압으로 이동한 반면, $SiO_2$의 경우, 양의 전압으로 이동하는 것을 확인할 수 있었다. 계면 트랩 밀도 증가의 원인을 확인하기 위해서, oxide를 $120^{\circ}C$, $240^{\circ}C$에서 증착시킨 샘플을 XPS 분석을 통하여 깊이에 따른 성분분석을 하였고, 그 결과, $240^{\circ}C$에서 증착된 샘플에서 계면에서 $In_2O_3$와 $Sb_2O_3$ 피크의 증가를 확인하였다. 이는 계면에서 oxide양이 증가함을 의미하며, 이렇게 생성된 oxide는 계면 트랩으로 작용하므로, 계면 특성을 저하시키는 원인으로 작용함을 알 수 있었다. Nitride 절연막을 증착시킨 샘플은 TOF-SIMS 분석을 통해, 계면에서의 성분 분석을 하였고, 그 결과, $240^{\circ}C$에서 증착된 샘플에서 In-N, Sb-N, Si-N 결합의 감소를 확인하였다. 이렇게 분해된 결합들의 dangling 결합이 늘어 계면 트랩으로 작용하므로, 계면 특성을 저하시키는 원인으로 작용함을 알 수 있었다. 최종적으로, 소자특성을 확인 하기 위하여 계면 트랩 밀도가 가장 낮게 측정된 $200^{\circ}C$ 조건에서 $SiO_2$ 절연막을 증착하여 InSb 적외선 소자를 제작하였다. 전류-전압(I-V) 분석 결과 -0.1 V에서 16 nA의 누설 전류 값을 보였으며, $2.6{\times}10^3{\Omega}cm^2$의 RoA(zero bias resistance area)를 얻을 수 있었다. 절연막 증착조건의 최적화를 통하여, InSb 적외선 소자의 특성이 개선됨을 확인할 수 있었다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2011년도 제42회 하계학술대회
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• pp.2154-2155
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• 2011

국내의 전력계통은 송전거리가 짧고, 전력공급의 신뢰도 및 안정도 향상을 위해서 망상구조로 되어있다. 이러한 구조는 사고시 임피던스 저하로 인해 사고전류의 크기가 차단기 차단내력을 초과하게 된다. 또한 전력수요 증가로 인해 사고전류의 크기는 계속 증가하고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 배전계통의 장비 및 대용량 보호 기기로의 교체나 모선 분리 등의 방법을 실시하고 있지만 평사시 계통에 미치는 영향과 손실 발생에 따른 효율저하, 대용량 차단기로의 교체에 따른 경제적인 문제를 수반하게 된다. 이러한 문제점을 효과적으로 해결하기 위해 초전도 한류기가 고안되었다. 본 연구에서는 변압기와 초전도 소자를 이용한 자속 결합형 초전도 한류기의 3상 사고전류제한 실험을 수행하였다. 자속 결합형 초전도 한류기는 평상시 정상 상태에서는 초전도 소자가 저항을 발생시키지 않고, 1, 2차 리액터에서 발생하는 자속은 서로 상쇄되어 전압이 유기되지 않음으로써 아무런 손실 없이 동작한다. 하지만 계통에서 사고가 발생하여 초전도 소자 임계 전류값 이상의 사고전류가 유입되면 초전도 소자가 ��치되어 저항을 발생하게 된다. 또한 병렬로 연결된 2차측 리액터에 사고 전류가 bypass되어 1, 2차 리액터에서 전압이 유기되고 이에 따라 안정적으로 사고전류를 제한하게 된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.469.1-469.1
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• 2014

일반적으로 유기전자소자의 제작에 있어서 Indium tin oxide (ITO)는 뛰어난 전기 광학적 특성을 바탕으로 가장 보편적으로 사용되는 투명전극이다. 특히 유기태양전지(Organic Photovoltaic, OPV)나 유기발광디스플레이(Organic Light Emitting Device)는 ITO 위에 PEDOT:PSS 층을 형성하여 HOMO, LUMO를 조절하고 효율을 향상시키는 역할을 수행하고 있다. 특히 ITO 위의 PEDOT:PSS는 사용되는 용제의 종류나 첨가제 등에 따라 특성이 크게 영향을 받는다. 이때 PEDOT:PSS는 일반적으로 강산성을 띄게 됨으로써 유기전자소자의 장시간 안정성을 저하시키는 원인으로 작용한다. 본 연구에서는 각각 다른 pH level을 가진 PEDOT:PSS의 시간 경과에 따라 투과도와 면저항을 측정하고 각각의 PEDOT을 사용하여 유기태양전지 소자를 제작하였다. 소자제작 30일 경과 후 소자의 효율이 감소하기는 하였으나 그 변화가 일반적으로 사용되는 pH 2의 감소보다 현저히 적었음을 알 수 있다. 이러한 pH 변화가 이를 적용한 투명전극 필름의 전기 광학적 특성인 투과도 면저항 등에는 영항을 거의 미치지 않으면서도 OPV의 효율 변화에는 큰 차이를 보이는 것을 알 수 있다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.167.2-167.2
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• 2015

고 이동도(~10 cm/Vs), 낮은 공정온도 및 높은 투과율 등의 특성을 갖는 산화물 반도체는 저 소비전력, 대면적화 및 고해상도 LCD Panel에 적합한 재료로서 현재 일부 Mobile Panel 및 TFT-LCD Panel의 양산에 적용되고 있으나, 향후 UHD급(4 K, 8 K)의 대형, 고해상도 Panel에의 적용을 위해서는 30 cm2/Vs 이상의 고 이동도 재료의 개발 및 저 저항 배선의 적용에 따른 소자 신뢰성의 개선이 필요하다. Cu는 대표적인 저 저항 배선 재료로 일부 양산에 적용되고 있으나, Cu 전극과 산화물 반도체의 계면에서 Cu원자의 확산 및 Cu-O 층의 형성에 의한 소자 특성 저하의 문제가 있다. 본 연구에서는 고 이동도의 In doped-ZTO계 산화물 반도체를 기반으로 채널 층과 Cu source-Drain layer의 계면에서의 Cu element의 거동 및 TFT 소자 특성과의 상관관계를 고찰하고, 계면에 형성된 Cu-O layer에 대해 높은 전자 친화도를 갖는 Ca element를 첨가에 의한 TFT 소자 특성의 변화를 관찰하였다. 본 연구에서는 이러한 효과로 인한 소자 신뢰성의 향상을 기대하였으며, 우선 In doped-ZTO 채널 층에 Cu와 CuCa 2at% source-drain을 적용한 TFT 특성을 확인하였다. 그 결과, Cu는 Field-effect mobility: ~17.67 cm2/Vs, Sub-threshold swing: 0.76 mV/decade 및 Vth:, 4.40 V의 결과가 얻어졌으며 CuCa 2at%의 경우 Field-effect mobility: ~17.84 cm2/Vs, Sub-threshold swing: 0.86 mV/decade 및 Vth:, 5.74 V의 결과가 얻어졌다. 소자신뢰성 측면에서도 Bias Stress의 변화량 ${\delta}Vth$의 경우 Cu : 4.48 V에 대해 CuCa 2at% : 2.81 V로 ${\delta}Vth$:1.67 V의 개선된 결과를 얻었다.

• 전자공학회논문지D
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• 제35D권10호
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• pp.60-66
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• 1998

Hot carrier 현상으로 인한 0.8㎛ RF NMOSFET의 성능저하 현상을 일반적인 소자 열화 메커니즘을 이용하여 분석하였다. 게이트 finger가 하나인 기존의 소자 열화 모델을 게이트가 multi finger인 RF NMOSFET에 적용할 수 있었다. Hot carrier 스트레스 후의 차단 주파수와 최대 주파수 감소 현상은 transconductance 감소와 출력 드레인 전도도의 증가로 해석할 수 있었다. Hot carrier로 인한 DC 특성 열화와 RF 특성 열화의 상관관계를 구하였으며 이를 이용하여 DC 특성 열화를 측정하므로 RF 특성 열화를 예측할 수 있게 되었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.503-503
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• 2013

유기발광소자는 기존의 디스플레이에 비해서 빠른 응답속도, 넓은 시야각과 높은 박막 특성으로 백색 조명 광원으로 많은 주목을 받고 있다. 특히 백색 조명 광원 관련 기술은 친환경 에너지와 관련해 주목을 받고 있어 연구가 활발하게 진행되고 있다. 백색 유기발광소자를 제작하기 위해서 청색과 황색의 발광층을 적층하는 방법은 유기물질의 계면에서의 불균일로 인한 효율 저하와 구동전압에 따른 재결합 구역의 변화로 색안정성이 나빠지는 문제점이 있었다. 본 연구에서는 고효율 및 높은 색안정성을 나타내는 백색 유기발광소자를 제작하기 위해 고분자/저분자 혼합 발광층 구조를 사용하였다. 고분자 poly (2-methoxy-5-(2'-ethyl-hexyloxy)-1,4-phenylenevinylene (MEH-PPV)와 polystyrene (PS) 혼합물을 스핀코팅하여 박막을 형성한 후, 열처리에 의한 상분리 현상을 이용하여 선택적으로 PS 물질을 제거한 후, MEH-PPV 적색 다공성 고분자 발광층을 형성하였고, 저분자 2-methyl-9,10-di (2-naphthyl) anthracene을 적색 다공성 고분자 발광층 위에 진공증착하여 고분자/저분자 혼합 발광층 구조를 만들었다. MEH-PPV 적색 다공성 고분자 발광층의 혼합 비율을 변화함에 따른 발광층의 미세구조를 원자힘 현미경으로 관찰하였다. 진공증착 후 완성된 고분자/저분자 혼합 발광층을 가진 백색 유기발광 소자의 전류-전압-휘도 측정 결과, MEH-PPV와 PS의 혼합비율이 최적화 되었을 때 안정적인 백색광이 나오는 것을 관측할 수 있었다.

• 한국음향학회:학술대회논문집
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• 한국음향학회 1999년도 학술발표대회 논문집 제18권 1호
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• pp.99-102
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• 1999

평면 배열에서 원하는 빔패턴을 얻고자 할 때 각각의 소자들의 자체 방사특성 에 의해 다른 소자가 영향을 받게된다. 보통 이러한 영향은 빔패턴의 변화를 가져올 뿐만 아니라 소자의 성능을 저하시키게 된다. 이러한 간섭을 줄이기 위해서 배열 형태를 바꾸는 등의 구조적인 개선은 많이 시도되어 왔다 그러나 이러한 개선을 통하여 영향을 줄일 수는 있으나 보다 더 정확하게 원하는 사양의 빔을 설계하기 위해서는 최적화 기법을 통하여 이러한 영향을 보상해 주어 야 한다. 본 논문에서는 빔을 설계할 때 상호 간섭 영향을 포함시킨 빔설계 알고리듬을 소개한다. 이 알고리듬은 선형 최소자승법의 해를 기반으로 최적화를 수행하고 상호 간섭의 영향은 coupling coefficients matrix를 도입하였다. 이러한 방법으로 빔을 설계하게 되면 소자의 위치 등을 변화시키지 않으면서 원하는 사양의 빔을 설계 할 수 있게 된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.271-271
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• 2011

차세대 디스플레이로 각광 받고 있는 유기발광소자는 다른 디스플레이에 비해서 빠른 응답속도, 넓은 시야각 및 고휘도의 장점을 가지고 있으나 낮은 색순도, 전압에 따른 색 안정성의 변이 및 색조절의 문제점을 가지고 있다. 유기발광소자의 발광층과 낮은 이온화 에너지를 갖는 tris(3-methylphenylphenylamino)triphenylamine (m-MTDATA) 정공수송층 표면에서 엑시플렉스 발광에 의한 적색편이 현상으로 인해 발광색의 순도가 저하하거나 색 조절이 어려운 문제점이 생긴다. 엑시플렉스 발광현상을 조사하기 위해서 정공수송층으로 m-MTDATA를 사용하고 tris-(8-hydroxyquinoline) aluminum (Alq3)와 2,4-bis(dicyanomethylene)-6-(p-dimethylaminostyryl)-4H-pyran (DCM1)을 발광층으로 사용하여 계면에서 발생되는 엑시플렉스 발광특성에 대해서 관찰 하였다. 낮은 전압에서는 정공수송층과 발광층에서 엑시플렉스 발광에 의한 발광스펙트럼의 적색편이가 나타났으며, 전압이 증가할수록 엑시플렉스에 의한 발광 현상이 감소하면서 색순도가 증진되었다. 유기발광소자에서 색안정성 증진과 관련된 엑시플렉스 발광 메커니즘을 실험 결과를 사용하여 기술할 것이다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.215-215
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• 2010

실리콘 산화막 ($SiO_2$)의 성장 과정에서 발생하는 $SiO_2$ 층에 포획된 전자-정공, Si-$SiO_2$ 계면 영역의 산화물 고정 전하와 Si-$SiO_2$ 계면의 표면 준위에 포획된 전하와 같은 $SiO_2$ 의 결점에 의해 전계효과 트랜지스터 소자의 전기적 특성을 저하하여 신뢰성을 높이는데 한계점이 발생한다. $SiO_2$ 의 결점에 의한 전계효과 트랜지스터 소자의 전기적 특성 변화에 대한 연구는 활발히 진행되었으나, 전계효과 트랜지스터 소자에서 셀 사이즈가 감소함에 따라 전기적 특성에 대한 연구는 많이 진행되지 않았다. 본 연구에서는 산화나 산화 후 열처리 과정 동안에 생기는 Si-$SiO_2$ 계면에서의 산화물 고정 전하의 위치에 따른 전계효과 트랜지스터 소자의 전기적 특성 변화를 TCAD 시뮬레이션 툴인 Sentaurus를 사용하여 관찰하였다. Si-$SiO_2$ 계면 근처의 실리콘 산화물내에 위치시킨 양전하를 산화물 고정 전하로 가정하여 시뮬레이션 하였다. 또한 40 nm의 전계효과 트랜지스터 소자에서 산화물 고정 전하의 위치를 실리콘 산화 막의 가장자리부터 중심으로 10 nm씩 각각 차이를 두고 비교해 본 결과, $SiO_2$의 가장 자리보다 $SiO_2$의 한 가운데에 산화물 고정 전하가 고정되었을 때 전류-전압 특성 곡선에서 문턱전압의 변화가 더 뚜렷함을 알 수 있었다. 산화물 고정 전하를 Si-$SiO_2$ 계면으로부터 1~5 nm 에 각각 위치시켜 계산한 결과 산화물 고정 전하에 의해 문턱 전압이 전류-전압 특성 곡선에서 낮은 전압쪽으로 이동하였고, 산화물 고정 전하가 Si-$SiO_2$ 계면에 가까울수록 문턱 전압의 변화가 커졌다. 이는 전계효과 트랜지스터 소자에서 Si-$SiO_2$ 계면의 산화물 고정 전하에 의해 실리콘의 전위가 영향을 받기 때문이며, 양의 계면전하는 반도체의 표면에서의 에너지 밴드를 아래로 휘게 만들어 문턱전압을 감소하였다.