• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2007.07a
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• pp.1357-1358
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• 2007

본 연구에서는 상변화 메모리 소자의 상변화 재료의 두께에 따른 열전달 현상과 지우기 전류의 변화량을 3차원 유한요소 해석 도구를 이용하여 해석하였다. 상변화 메모리의 하부전극과 상변화 소자의 접촉 부분에서 발생한 주울열은 상변화재료를 통해 상부전극 텅스텐으로 전달되어 외부로 빠져나간다. 상변화 재료 박막의 두께가 $200[{\AA}]$인 경우는 상부전극을 통해 빠져나가는 열이 커지게 되어 상전이를 일으키는 지우기 전류가 크게 증가하는 특성을 보인다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.186-186
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• 2010

소자의 축소화에 따라 floating gate 형의 flash 메모리 소자는 얇은 게이트 절연막 등의 이유로, 이웃 셀 간의 커플링 및 게이트 누설 전류와 같은 문제점을 지니고 있다. 이러한 문제점을 극복하기 위해 charge trap flash 메모리 (CTF) 소자가 연구되고 있지만, CTF 메모리 소자는 쓰기/지우기 속도와 데이터 보존 성능간의 trade-off 관계와 같은 문제점을 지니고 있다. 최근, 이를 극복하기 위한 방안으로, 다른 유전율을 갖는 유전체들을 적층시킨 터널 절연막을 이용한 Tunnel Barrier Engineered (TBE) 기술이 주목 받고 있다. 따라서, 본 논문에서는 TBE 기술을 적용한 MIS-capacitor를 높은 유전율을 가지는 Al2O3와 HfO2를 이용하여 제작하였다. 이를 위해 먼저 Si 기판 위에 Al2O3 /HfO2 /Al2O3 (AHA)를 Atomic Layer Deposition (ALD) 방법으로 약 2/1/3 nm의 두께를 가지도록 증착 하였고, Aluminum을 150 nm 증착 하여 게이트 전극으로 이용하였다. Capacitance-Voltage와 Current-Voltage 특성을 측정, 분석함으로써, AHA 구조를 가지는 터널 절연막의 전기적인 특성을 확인 하였다. 또한, high-k 물질을 이용한 터널 절연막을 급속 열처리 공정 (Rapid Thermal Annealing-RTA) 과 H2/N2분위기에서 후속열처리 공정 (Post-RTA)을 통하여 전기적인 특성을 개선 시켰다. 적층된 터널 절연막은 열처리를 통해 터널링 전류의 민감도의 향상과 함께 누설전류가 감소됨으로서 우수한 전기적인 특성이 나타남을 확인하였으며, 적층된 터널 절연막 구조와 적절한 열처리를 이용하여 빠른 쓰기/지우기 속도와 전기적인 특성이 향상된 비휘발성 메모리 소자를 기대할 수 있다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.155-155
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• 2012

기존의 플로팅 타입의 비휘발성 메모리 소자는 스케일 법칙에 따른 인접 셀 간의 간섭현상과 높은 동작 전압에 의한 누설전류가 증가하는 문제가 발생을 하게 된다. 이를 해결하고자 SONOS (Si/SiO2/Si3N4/SiO2/Si) 구조를 가지는 전하트랩 타입의 비휘발성 메모리 소자가 제안되었다. 하지만 터널링 베리어의 두께에 따라서 쓰기/지우기 특성은 향상이 되지만 전하 보존특성은 열화가 되는 trad-off 특성을 가지며, 또한 쓰기/지우기 반복 특성에 따라 누설전류가 증가하게 되는 현상을 보인다. 이러한 특성을 향상 시키고자 많은 연구가 진행이 되고 있으며, 특히 엔지니어드 터널베리어에 대한 연구가 주목을 받고 있다. 비휘발성 메모리에 대한 엔지니어드 기술은 각 베리어; 터널, 트랩 그리고 블로킹 층에 대해서 단일 층이 아닌 다층의 베리어를 적층을 하여 유전율, 밴드갭 그리고 두께를 고려하여 말 그대로 엔지니어링 하는 것을 뜻한다. 그 결과 보다 효과적으로 기판으로부터 전자와 홀이 트랩 층으로 주입이 되고, 동시에 다층을 적층하므로 물리적인 두께를 두껍게 형성할 수가 있고 그 결과 전하 보전 특성 또한 우수하게 된다. 본 연구는 터널링 베리어에 대한 엔지니어드 기술로써, Si3N4를 기반으로 하고 높은 유전율과 낮은 뉴설전류 특성을 보이는 ZrO2을 두 번째 층으로 하는 엔지니어드 터널베리어 메모리 소자를 제작 하여 메모리 특성을 확인 하였으며, 또한 Si3N4/ZrO2의 터널베리어의 터널링 특성과 전하 트랩특성을 온도에 따라서 특성 분석을 하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.127-127
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• 2011

전하 트랩형 비휘발성 메모리는 10년 이상의 데이터 보존 능력과 빠른 쓰기/지우기 속도가 요구 된다. 그러나 두 가지 특성은 터널 산화막의 두께에 따라 서로 trade off 관계를 갖는다. 즉, 두 가지 특성을 모두 만족 시키면서 scaling down 하기는 매우 힘들다. 이것의 해결책으로 적층된 유전막을 터널 산화막으로 사용하여 쓰기/지우기 속도와 데이터 보존 특성을 만족하는 Tunnel Barrier engineered Memory (TBM)이 있다. TBM은 가운데 장벽은 높고 기판과 전극쪽의 장벽이 낮은 crested barrier type이 있으며, 이와 반대로 가운데 장벽은 낮고 기판과 전극쪽의 장벽이 높은 VARIOT barrier type이 있다. 일반적으로 유전율과 밴드갭(band gap)의 관계는 유전율이 클수록 밴드갭이 작은 특성을 갖는다. 이러한 관계로 인해 일반적으로 crested type의 터널 산화막층은 high-k/low-k/high-k의 물질로 적층되며, VARIOT type은 low-k/high-k/low-k의 물질로 적층된다. 이 형태는 밴드갭이 다른 물질을 적층했을 때 전계에 따라 터널 장벽의 변화가 민감하여 전자의 장벽 투과율이 매우 빠르게 변화하는 특징을 갖는다. 결국 전계에 민감도 향상으로 쓰기/지우기 속도가 향상되며 적층된 유전막의 물리적 두께의 증가로 인해 데이터 보존 특성 또한 향상되는 장점을 갖는다. 본 연구에서는 SiO2/Al2O3 (2/3 nm)와 SiO2/HfAlO (2/3 nm)의 이중 터널 산화막을 증착 시킨 MIS capacitor를 제작한 후 터널 산화막에 전하가 트랩되는 것을 피하기 위하여 다양한 열처리 온도에 따른 current-voltage (I-V), capacitance-voltage (C-V), constant current stress (CCS) 특성을 평가하였다. 급속열처리 공정온도는 600, 700, 800, 900 ${^{\circ}C}$에서 진행하였으며, 낮은 누설전류, 터널링 전류의 증가, 전하의 트랩현상이 최소화되는 열처리 공정의 최적화 실험을 진행하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.218-218
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• 2010

기존의 비휘발성 메모리 소자는 터널 절연막으로 $SiO_2$ 단일 절연막을 이용하였다. 그러나 소자의 축소화와 함께 비휘발성 메모리 소자의 동작 전압을 낮추기 위해서 $SiO_2$ 단일 절연막의 두께도 감소 시켜야만 하였다. 하지만 $SiO_2$ 단일 절연막의 두께 감소에 따라, 메모리의 동작 횟수와 데이터 보존 시간의 감소등의 문제점들로 인해 기술적인 한계점에 이르렀다. 이러한 문제점들을 해결하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있는 가운데, 최근 high-k 물질을 기반으로 하는 Tunnel Barrier Engineered (TEB) 기술이 주목 받고 있다. TBE 기술이란, 터널 절연막을 위해 서로 다른 유전율을 갖는 유전체를 적층함으로써 쓰기/지우기 속도의 향상과 함께, 물리적인 두께 증가로 인한 데이터 보존 시간을 향상 시킬 수 있는 기술이다. 따라서, 본 연구에서는 적층된 터널 절연막에 이용되는 $HfO_2$를 FGA (Forming Gas Annealing)와 RTA (Rapid Thermal Annealing) 공정에 의한 열처리 효과를 알아보기 위해, 온도에 따른 전기적인 특성을 MIS-Capacitor 제작을 통하여 분석하였다. 이를 위해 먼저 Si 기판 위에 $SiO_2$를 약 3 nm 성장시킨 후, $HfO_2$를 Atomic Layer Deposition (ALD) 방법으로 약 8 nm를 증착 하였고, Aluminum을 약 150 nm 증착 하여 게이트 전극으로 이용하였다. 이를 C-V와 I-V 특성을 이용하여 분석함으로 써, 열처리 공정을 통한 $HfO_2$의 터널 절연막 특성이 향상됨을 확인 하였다. 특히, $450^{\circ}C$ $H_2/N_2$(98%/2%) 분위기에서 진행한 FGA 공정은 $HfO_2$의 전하 트랩핑 현상을 줄일 뿐 만 아니라, 낮은 전계에서는 낮은 누설 전류를, 높은 전계에서는 높은 터널링 전류가 흐르는 것을 확인 하였다. 이와 같은 전압에 대한 터널링 전류의 민감도의 향상은 비휘발성 메모리 소자의 쓰기/지우기 특성을 개선할 수 있음을 의미한다. 반면 $N_2$ 분위기에서 실시한 RTA 공정에서는, 전하 트랩핑 현상은 감소 하였지만 FGA 공정 후 보다는 전하 트랩핑 현상이 더 크게 나타났다. 따라서, 적층된 터널 절연막은 적절한 열처리 공정을 통하여 비휘발성 메모리 소자의 성능을 향상 시킬 수 있음이 기대된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.148-148
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• 2010

플래시 메모리로 대표되는 비휘발성 메모리는 IT 기술의 발달에 힘입어 급격한 성장세를 나타내고 있지만, 메모리 소자의 크기가 작아짐에 따라서 그 물리적 한계에 이르러 차세대 메모리에 대한 요구가 점차 높아지고 있는 실정이다. 따라서, 이러한 문제점에 대한 대안으로서 고속 동작 및 정보의 저장 시간을 향상 시킬 수 있는 nano-floating gate memory (NFGM)가 제안되었다. Nano-floating gate에서 사용되는 nanocrystal (NCs) 중에서 Si nanocrystal은 비휘발성 메모리뿐만 아니라 발광 소자 및 태양 전지 등의 매우 다양한 분야에 광범위하게 응용되고 있지만, NCs의 크기와 밀도를 제어하는 것이 가장 중요한 문제로 이를 해결하기 위해서 많은 연구가 진행되고 있다. 또한, 소자의 소형화가 이루어지면서 기존의 플래시 메모리 한계를 극복하기 위해서 터널베리어에 관한 관심이 크게 증가했다. 특히, 최근에 많은 주목을 받고 있는 개량형 터널베리어는 크게 VARIOT (VARIable Oxide Thickness) barrier와 CRESTED barrier의 두 가지 종류가 제안되어 있다. VARIOT의 경우에는 매우 얇은 두께의low-k/high-k/low-k 의 적층구조를 가지며, CRESTED barrier의 경우에는 반대의 적층구조를 가진다. 이와 같은 개량형 터널 베리어는 전계에 대한 터널링 전류의 감도를 증가시켜서 쓰기/지우기 특성을 향상시키며, 물리적인 절연막 두께의 증가로 인해 데이터 보존 시간의 향상을 달성할 수 있다. 본 연구에서는 박막의 $SiO_2$와 $Si_3N_4$를 적층한 VARIOT 타입의 개량형 터널 절연막 위에 전하 축적층으로 $SiN_x$층의 내부에 Si-NCs를 갖는 비휘발성 메모리 소자를 제작하였다. Si-NCs를 갖지 않는 $SiN_x$전하 축적층은 Si-NCs를 갖는 전하 축적층보다 더 작은 메모리 윈도우와 열화된 데이터 보존 특성을 나타내었다. 또한, Si-NCs의 크기가 감소됨에 따라 양자 구속 효과가 증가되어 느린 지우기 속도를 보였으나, 데이터 보존 특성이 크게 향상됨을 알 수 있었다. 그러므로, NFGM의 빠른 쓰기/지우기 속도와 데이터 보존 특성을 동시에 만족하기 위해서는 Si-NCs의 크기 조절이 매우 중요하며, NCs크기의 최적화를 통하여 고집적/고성능의 차세대 비휘발성 메모리에 적용될 수 있을 것이라 판단된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.219-219
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• 2010

기존의 플로팅 타입의 메모리는 소자의 소형화에 따른 인접 셀 간의 커플링 현상과 전계에 따른 누설전류의 증가 등과 같은 문제가 발생한다. 이에 대한 해결책으로서 전하 저장 층을 폴리실리콘에서 유전체를 사용하는 SONOS 형태의 메모리와 NFGM (Nano-Floating Gate Memory)연구가 되고 있다. 그러나 높은 구동 전압, 느린 쓰기/지우기 속도 그리고 10년의 전하보존에 대한 리텐션 특성을 만족을 시키지 못하는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결 하고자 터널베리어를 엔지니어링 하는 TBM (Tunnel Barrier Engineering Memory) 기술에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. TBM 기술은 터널 층을 매우 얇은 다층의 유전체를 사용하여 전계에 따른 터널베리어의 민감도를 증가시킴으로써 빠른 쓰기/지우기 동작이 가능하며, 10년의 전하 보존 특성을 만족 시킬 수 있는 차세대 비휘발성 메모리 기술이다. 또한 고유전율 물질을 터널층으로 이용하면 메모리 특성을 향상 시킬 수가 있다. 일반적으로 TBM 기술에는 VARIOT 구조와 CRESTED 구조로 나눠지는데 본 연구에서는 두 구조의 장점을 가지는 Staggered tunnel barrier 구조를 $Si_3N_4$와 HfAlO을 이용하여 디자인 하였다. 이때 HfO2와 Al2O3의 조성비는 3:1의 조성을 갖는다. $Si_3N_4$와 HfAlO을 각각 3 nm로 적층하여 리세스(Recess) 구조의 트랜지스터를 제작하여 차세대 비휘발성 메모리로써의 가능성을 알아보았다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• v.32 no.1
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• pp.162-168
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• 2008

In this paper, we analyzed the heat transfer phenomenon and the reset current variation of PRAM device with thickness of phase change material using the 3-D finite element analysis tool. From the simulation, Joule's heat was generated at the contact surface of phase change material and bottom electrode of PRAM. As the thickness of phase change material was decreased, the reset current was highly increased. In case thickness of phase change material thin film was $200\;{\AA}$, heat increased through top electrode and reset current caused by phase transition highly increased. And as thermal conductivity of top electrode decreased, temperature of unit memory cell was increased.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.229-229
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• 2011

부유 게이트 Floating gate (FG) 플래시 메모리 소자의 단점을 개선하기 위해 전하 포획 층에 전하를 저장하는 전하 포획 플래시 메모리 Charge trap flash (CTF)소자에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. CTF소자는 FG플래시 메모리 소자에 비해 비례축소가 용이하고 긴 retention time을 가지며, 낮은 구동 전압을 사용하는 장점을 가지고 있다. CTF 소자에서 비례축소에 따라 단채널 효과와 펀치-쓰루 현상이 증가하는 문제점이 있다.본 연구에서는 CTF 단채널 효과와 펀치-쓰루 현상을 감소시키기 위한 방법으로 silicon-on-insulator (SOI) 기판을 사용하였으며 SOI기판에서 절연층의 깊이에 따른 전기적 특성을 고찰하였다. silicon-oxide-nitride-oxide-silicon(SONOS) 구조를 가진 CTF 메모리 소자를 사용하여 절연층의 깊이 변화에 따른 subthreshold swing특성, 쓰기-지우기 동작 특성을 TCAD 시뮬레이션 툴인 Sentaurus를 사용하여 조사하였다. 소스와 드레인의 junction depth는 20 nm 사용하였고, 절연층의 깊이는 5 nm~25 nm까지 변화하면서 절연층의 깊이가 20 nm이하인 fully depletion 소자에 비해, 절연층의 깊이가 25 nm인 소자는 partially depletion으로 인해서 드레인 전류 레벨이 낮아지고 subthreshold swing값이 증가하는 현상이 나타났다. 절연층의 깊이가 너무 얕을 경우, 채널 형성의 어려움으로 인해 subthreshold swing과 드레인 전류 레벨의 전기적성질이 SOI기판을 사용하지 않았을 경우보다 떨어지는 경향을 보였다. 절연층의 깊이가 17.5 nm인 경우, CTF소자의 subthreshold swing과 드레인 전류 레벨이 가장 좋은 특성을 보였다.

• Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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• v.53 no.1
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• pp.43-50
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• 2016

NAND flash based storage devices adopts multi-channel and multi-way architecture to improve performance using parallel operation of multiple NAND devices. However, multiple NAND devices consume higher current and peak power overlap problem influences on the system stability and data reliability. In this paper, current waveform is measured for erase, program and read operations, peak current and model is defined by profiling method, and estimated probability of peak current overlap among NAND devices. Also, system level TLM simulator is developed to analyze peak overlap phenomenon depending on various simulation scenario. In order to remove peak overlapping, token-ring based simple power management method is applied in the simulation experiments. The optimal peak overlap ratio is proposed to minimize performance degradation based on relationship between peak current overlapping and system performance.