• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.311-311
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• 2016

최근 고성능 디스플레이 개발이 요구되면서 기존 비정질 실리콘(a-Si)을 대체할 산화물 반도체에 대한 연구 관심이 급증하고 있다. 여러 종류의 산화물 반도체 중 a-IGZO (amorphous indium-gallium-zinc oxide)가 높은 전계효과 이동도, 저온 공정, 넓은 밴드갭으로 인한 투명성 등의 장점을 가지며 가장 연구가 활발하게 보고되고 있다. 기존에는 SG(단일 게이트) TFT가 주로 제작 되었지만 본 연구에서는 DG(이중 게이트) 구조를 적용하여 고성능의 a-IGZO 기반 박막 트랜지스터(TFT)를 구현하였다. SG mode에서는 하나의 게이트가 채널 전체 영역을 제어하지만, double gate mode에서는 상, 하부 두 개의 게이트가 동시에 채널 영역을 제어하기 때문에 채널층의 형성이 빠르게 이루어지고, 이는 TFT 스위칭 속도를 향상시킨다. 또한, 상호 모듈레이션 효과로 인해 S.S(subthreshold swing)값이 낮아질 뿐만 아니라, 상(TG), 하부 게이트(BG) 절연막의 계면 산란 현상이 줄어들기 때문에 이동도가 향상되고 누설전류 감소 및 안정성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다. Dual gate mode로 동작을 시키면, TG(BG)에는 일정한 positive(or negative)전압을 인가하면서 BG(TG)에 전압을 가해주게 된다. 이 때, 소자의 채널층은 depletion(or enhancement) mode로 동작하여 다른 전기적인 특성에는 영향을 미치지 않으면서 문턱 전압을 쉽게 조절 할 수 있는 장점도 있다. 제작된 소자는 p-type bulk silicon 위에 thermal SiO2 산화막이 100 nm 형성된 기판을 사용하였다. 표준 RCA 클리닝을 진행한 후 BG 형성을 위해 150 nm 두께의 ITO를 증착하고, BG 절연막으로 두께의 SiO2를 300 nm 증착하였다. 이 후, 채널층 형성을 위하여 50 nm 두께의 a-IGZO를 증착하였고, 소스/드레인(S/D) 전극은 BG와 동일한 조건으로 ITO 100 nm를 증착하였다. TG 절연막은 BG 절연막과 동일한 조건에서 SiO2를 50 nm 증착하였다. TG는 S/D 증착 조건과 동일한 조건에서, 150 nm 두께로 증착 하였다. 전극 물질과, 절연막 물질은 모두 RF magnetron sputter를 이용하여 증착되었고, 또한 모든 patterning 과정은 표준 photolithography, wet etching, lift-off 공정을 통하여 이루어졌다. 후속 열처리 공정으로 퍼니스에서 질소 가스 분위기, $300^{\circ}C$ 온도에서 30 분 동안 진행하였다. 결과적으로 $9.06cm2/V{\cdot}s$, 255.7 mV/dec, $1.8{\times}106$의 전계효과 이동도, S.S, on-off ratio값을 갖는 SG와 비교하여 double gate mode에서는 $51.3cm2/V{\cdot}s$, 110.7 mV/dec, $3.2{\times}108$의 값을 나타내며 훌륭한 전기적 특성을 보였고, dual gate mode에서는 약 5.22의 coupling ratio를 나타내었다. 따라서 산화물 반도체 a-IGZO TFT의 이중게이트 구조는 우수한 전기적 특성을 나타내며 차세대 디스플레이 시장에서 훌륭한 역할을 할 것으로 기대된다.

• Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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• v.41 no.6
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• pp.1-7
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• 2004

We performed two-dimensional (20) computer-based modeling and simulation of FinFET by solving the coupled Poisson-Schrodinger equations quantum-mechanically in a self-consistent manner. The simulation results are carefully investigated for FinFET with gate length(Lg) varying from 10 to 80nm and with a Si-fin thickness($T_{fin}$) varying from 10 to 40nm. Current-voltage (I-V) characteristics are compared with the experimental data. Device optimization has been performed in order to suppress the short-channel effects (SCEs) including the sub-threshold swing, threshold voltage roll-off, drain induced barrier lowering (DIBL). The quantum-mechanical simulation is compared with the classical appmach in order to understand the influence of the electron confinement effect. Simulation results indicated that the FinFET is a promising structure to suppress the SCEs and the quantum-mechanical simulation is essential for applying nano-scale device structure.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.566-566
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• 2012

그래핀(Graphene)은 모든 탄소 동소체의 기본구성 요소로 2 차원 결정구조를 가지며, 양자홀 효과(quantum Hall effect), 뛰어난 열 전도도, 고 탄성, 광학적 투과성 등과 같은 탁월한 물리적 성질을 보이는 물질이다. 이러한 그래핀의 우수한 특성은 전계 효과 트랜지스터(field effect transistor), 화학/바이오 센서, 투명 전극(transparent electrode) 등의 다양한 전자소자를 개발하는 응용 가능하다. 그 중, 그래핀 투명전극의 제조는 가장 응용가능성이 높은 분야이다. 현재 투명전극 물질로는 인듐-주석 산화물(indium tin oxide; ITO)가 널리 이용되고 있으나, 인듐의 고갈로 인한 공급부족 문제 및 고 생산비용, 휘어지지 않는 취성 등의 단점을 지니고 있다. 따라서, 우수한 광학적 투과성과 전기전도성을 지닌 그래핀이 ITO의 대체 물질로서 각광받고 있다.[1-5] 본 연구에서는 그래핀의 투명전도필름의 응용을 위해 면저항을 낮추기 위한 방법으로 화학적 도핑(doping)을 이용하였다. 그래핀은 구리(copper; Cu) 호일을 촉매로 사용하여 열 화학증착법(Thermal Chemical Vapor Deposition)을 이용하여 합성하였다. 합성된 그래핀은 PMMA(Poly(methyl methacrylate)) 전사법을 이용하여 산화실리콘(SiO2) 기판에 전사 후, 염화은(AgCl)과 클로로벤젠(C6H5Cl)으로 만든 콜로이드(colloid) 용액에 디핑(dipping)하여 그래핀에 은 입자를 도핑 하였다. 그 결과, 은 입자 도핑 농도에 따라 면저항이 감소하는 양상을 보였다. 제작된 그래핀 투명전도성 필름의 투과도는 자외선-가시광선-근적외선 분광법(UV-Vis-NIR spectroscopy)를 이용하여 측정하였고, 라만 분광법(Raman spectroscopy)을 통해 그래핀 필름의 질적 우수성과 성장 균일도를 조사하였다.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.13 no.1 s.38
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• pp.37-42
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• 2006

The preparation and processing of PVP-gate insulators on the device performance have been studied in the fabrication of organic thin film transistors (OTFTs). One of polyvinyl series, poly-4-vinyl phenol(PVP) was used as a solute and propyleneglycol monomethyl etheracetate(PGMEA) as a solvent in the formation of organic gate solutions. The cross-linking of organic insulators was also attempted by adding the thermosetting material, poly (melamine-co-formaldehyde) as a hardener in the compounds. From the measurements of electrical insulating characteristics of metal-insulator-metal (MIM) samples, PVP-based insulating layers showed lower leakage current according to the increase of concentration of PVP and poly (melamine-co-formaldehyde) to PGMEA in the formation of organic solutions. The PVP(20 wt%) copolymer with composition of 20 wt% PVP to PGMEA and cross-linked PVPs in which 5 wt% and 10 wt% poly (melamine-co-formaldehyde) hardeners had been additional]y mixed into PVP(20 wt%) copolymers were used as gate dielectrics in the fabrication of OTFTs, respectively. In our experiments, the maximum field effect mobility of $0.31cm^2/Vs$ could be obtained in the 5 wt% cross-linked PVP(20 wt%) device and the highest on/off current ratio of $1.92{\times}10^5$ in the 10 wt% cross-linked PVP(20 wt%) device.

• Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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• v.21 no.5
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• pp.876-884
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• 2017

The current-voltage characteristics of Silicon(Si), Germanum(Ge), and hetero tunnel field-effect transistors(TFETs) with source-overlapped gate structure was investigated using TCAD simulations in terms of tunneling. A Si-TFET with gate oxide material $SiO_2$ showed the hump effects in which line and point tunneling appear simultaneously, but one with gate oxide material $HfO_2$ showed only the line tunneling due to decreasing threshold voltage and it shows better performance than one with gate oxide material $SiO_2$. Tunneling mechanism of Ge and hetero-TFETs with gate oxide material of both $SiO_2$ and $HfO_2$ are dominated by point tunneling, and showed higher leakage currents, and Si-TFET shows better performance than Ge and hetero-TFETs in terms of SS. These simulation results of Si, Ge, and hetero-TFETs with source-overlapped gate structure can give the guideline for optimal TFET structures with non-silicon channel materials.

• Journal of Adhesion and Interface
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• v.22 no.3
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• pp.91-97
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• 2021

By introducing an organic interlayer on the Parylene C dielectric surface, the electrical device performances and the operating stabilities of organic field-effect transistors (OFETs) were improved. To achieve this goal, hexamethyldisilazane (HMDS) and octadecyltrichlorosilane (ODTS), as the organic interlayer materials, were used to control the surface energy of the Parylene C dielectrics. For the bare case used with the pristine Parylene C dielectrics, the field-effect mobility (μ_FET) and threshold voltage (V_th) of dinaphtho[2,3-b:2',3'-f ]thieno[3,2-b]- thiophene (DNTT) FET devices were measured at 0.12 cm²V^-1s^-1 and - 5.23 V, respectively. On the other hand, the OFET devices with HMDS- and ODTS-modified cases showed the improved μ_FET values of 0.32 and 0.34 cm²V^-1s^-1, respectively. More important point is that the μ_FET and V_th of the DNTT FET device with the ODTS-modified Parylene C dielectric presented the smallest changes during a repeated measurement of 1000 times, implying that it has the most stable operating stability. The results could be meaned that the organic interlayer, especially ODTS, effectively covers the Parylene C dielectric surface with alkyl chains and reduces the charge trapping at the interface region between active layer and dielectric, thereby improving the electrical operating stability.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.193.2-193.2
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• 2015

최근 3차원 반도체의 물질적인 한계를 극복하기 위해 2차원 전이금속 칼코게나이드(TMD)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만 TMD 물질의 도핑 방법에 대한 수많은 연구에도 불구하고 대부분이 n채널 물질인 MoS2에 대한 것에 국한되어 있다. 게다가 이전의 TMD 도핑 기술 연구 결과는 채널이 도체화 될 정도의 매우 높은 농도의 도핑 현상만을 보여주었다. 이 연구에서 우리는 WSe2로 만든 p형 채널 트랜지스터에서 Octaecyltrichlorosilane(OTS)층의 농도 조절로 제어가 가능한 약한 농도의 p형 도핑기술을 보여준다. 이 p형 도핑 현상은 OTS의 메틸기(-CH3)그룹에 의한 양성 쌍극자모멘트가 WSe2내의 전자 농도를 낮추는데서 기인한다. 제어가 가능한 p형 도핑은 $2.1{\times}10^{11}cm^{-2}$ 사이에서 $5.2{\times}10^{11}cm^{-2}$로 degenerate되지 않은 정도로 WSe2 기반의 광, 전기적인 소자에서 적절한 농도로 최적화 될 수 있다. (도핑 정도에 따른 문턱전압 상승, 전류 on/off율 상승, 전계효과 이동도 상승, 광응답성 하락, 광검출성 하락) 또한 OTS에서 비롯한 p도핑 효과는 대기중에서 오랜시간이 지나도 작은 성능 변화만을 보여주며(60시간 후 18~34% 문턱전압 감소변화량) $120^{\circ}C$의 열처리를 통하여 저하된 성능이 거의 완벽하게 회복된다. 이 연구는 Raman 분광법과 전기적, 광학적 측정을 통하여 분석되었으며 OTS 도핑현상이 WSe2 박막의 두께와 무관함 또한 확인했다.

• The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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• v.14 no.6
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• pp.648-654
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• 2003

Diamond MIS(Metal-Insulator-Semiconductor) diodes and MISFETs(Metal-Insulator-Semiconductor Field Effect Transistors) were fabricated by employing various fluorides as gate insulator, and their electrical properties were closely investigated by means of C-V measurements. The A1/BaF$_2$/diamond MIS structure exhibited outstanding electrical properties. The MIS diode showed a very low surface state density of ∼10$\^$10//$\textrm{cm}^2$ eV near the valence band edge, and the observed effective mobility(${\mu}$$\_$eff/) of the MISFET was 400 $\textrm{cm}^2$/Vs, which is the highest value obtained until now in the diamond FET. From the chemiphysical point of view, the above result might be explained by the reduction of adsorbed-oxygen on the diamond surface via strong chemical reaction by the constituent Ba atom in the insulator during the film deposition(Oxygen-Gettering Effect).

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.616-616
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• 2013

그래핀(Graphene)은 열전도도가 높고 전자 이동도(200,000 cm2V-1s-1)가 우수한 전기적 특성을 가지고 있어 전계 효과 트랜지스터(Field effect transistor; FET), 유기 전자 소자(Organic electronic device)와 광전자 소자(Optoelectronic device) 같은 반도체 소자에 응용 가능하다. 최근에는 아크 방출(Arc discharge method), 화학적 기상 증착법(Chemical vapor deposition; CVD), 이온-조사법(Ionirradiation)등을 이용한 이종원자(Hetero atom)도핑과 화학적 처리를 이용한 기능화(Functionalization)등의 방법으로 그래핀의 전도도를 향상시킬 수 있었다. 그러나 이러한 방법들은 기판의 표면을 거칠게 하며, 그래핀에 많은 결함들이 발생한다는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해 자가조립 단층막법(Self-assembled monolayers; SAMs)을 이용하여 기판을 기능화한 후 그 위에 그래핀을 전사하면, 자가조립 단층막의 기능기에 따라 그래핀의 일함수를 조절 가능하고 운반자 농도나 도핑 유형을 변화시켜 소자의 전기적 특성을 최적화 할 수 있다 [1-3]. 본 연구에서는 PET(polyethylene terephthalate) 기판에 SAMs를 이용하여 유연하고 투명한 그래핀 전극을 제작하였다. 산소 플라즈마와 3-Aminopropyltriethoxysilane (APTES)를 이용하여 PET 기판 표면 위에 하이드록실 기(Hydroxyl group; -OH)와 아민 기(Amine group; -NH2)를 순차적으로 기능화 하였고, 그 위에 화학적 기상 증착법을 이용하여 합성한 대면적의 균일한 그래핀을 전사하였다. PET 기판 위에 NH2 그룹이 존재하는 것을 접촉각 측정(Contact angle measurement)과 X-선 광전자 분광법(Xray photoelectron spectroscopy: XPS)을 통해 확인하였으며, NH2그룹에 의해 그래핀에 도핑 효과가 나타난 것을 라만 분광법(Raman spectroscopy)과 전류-전압 특성곡선(I-V characteristic curve)을 이용하여 확인하였다. 본 연구 결과는 유연하고 투명한 기판 위에 안정적이면서 패턴이 가능하기 때문에 그래핀을 기반으로 하는 반도체 소자에 적용 가능할 것이라 예상된다.

• Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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• v.42 no.7 s.337
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• pp.5-12
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• 2005

The device performance of nano-scale center-channel (CC) double-gate (DG) MOSFET structure was investigated by numerically solving coupled Schr$\"{o}$dinger-Poisson and current continuity equations in a self-consistent manner. The CC operation and corresponding enhancement of current drive and transconductance of CC-NMOS are confirmed by comparing with the results of DG-NMOS which are performed under the condition of 10-80 nm gate length. Device optimization was theoretically performed in order to minimize the short-channel effects in terms of subthreshold swing, threshold voltage roll-off, and drain-induced barrier lowering. The simulation results indicate that DG-MOSFET structure including CC-NMOS is a promising candidates and quantum-mechanical modeling and simulation calculating the coupled Schr$\"{o}$dinger-Poisson and current continuity equations self-consistently are necessary for the application to sub-40 nm MOSFET technology.