• Journal of Life Science
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• v.23 no.6
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• pp.838-846
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• 2013

As a forth state of material, plasma is ionized gas, which generates characteristically various reactive species. After late of $20^{th}$ century, plasma has been widely used in industry. After nonthermal atmospheric plasma was developed, it has been applied to biomedical fields. Nonthermal atmospheric plasma does not give thermal damages to human tissues, and it shows the high efficiency in cancer treatment, sterilization, tooth bleaching, coagulation, and wound healing. Because the application of plasma to biomedicine has been expanded through interdisciplinary studies, its value of high medical technology is increasing now. Since nonthermal atmospheric plasma was first applied to the mammalian cells and microorganisms, many valuable studies has been performed for about last 10 years, so that now the new research area called 'plasma medicine' has been formed. This article introduces the recent data resulted from plasma medicine and helps to understand the plasma medicine.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2010.05a
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• pp.6.1-6.1
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• 2010

원자층 증착 기술 (Atomic Layer Deposition)은 기판 표면에서 한 원자층의 화학적 흡착 및 탈착을 이용한 nano-scale 박막 증착 기술이기 때문에, 표면 반응제어가 우수하며 박막의 물리적 성질의 재현성이 우수하고, 대면적에서도 균일한 두께의 박막 형성이 가능하며 우수한 계단 도포성을 확보 할 수 있다. 최근 ALD에 의한 박막증착 방법 중 플라즈마를 이용한 ALD 증착 방법에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다. 플라즈마는 반응성이 좋은 이온과 라디컬을 생성하여 소스간 반응성을 좋게 하여, 소스 선택의 폭을 넓어지게 하고, 박막의 성질을 좋게 하며, 생산성을 높일 수 있는 장점이 있다. 그러나 플라즈마를 사용함으로써 플라즈마 내에 이온들이 가속되서 박막 증착 중에 기판 및 박막에 손상을 입혀 박막 특성을 열화 시킬 가능성이 있다. 따라서 플라즈마 발생 영역을 기판으로부터 멀리 떨어뜨린 원거리 플라즈마 원자층 공정이 개발 되었다. 이 기술은 플라즈마에서 생성된 ion이 기판이나 박막에 닫기 전에 전자와 재결합 되거나 공정 chamber에서 소멸하여 그 영향을 최소하고 반응성이 좋은 라디칼과의 반응만을 유도하여 향상된 막질을 얻을 수 있도록 하였다. 따라서 이 원거리 플라즈마 원자층 증착기술은 나노 테크놀러지 소자 개발하기 위한 나노 박막 기술에 있어서 그 활용이 점점 확대될 것이다. 그 적용으로써 리모트 플라즈마 원자층 증착 방법을 이용한 고유전 물질 개발이 있다. 반도체 소자의 고집적화 및 고속화가 요구됨에 따라 집적회로의 크기를 혁신적으로 축소하여 스위칭 속도(switching speed)를 증가시키고, 전력손실 (power dissipation)을 줄이려는 시도가 이루어지고 있다. 그 중 하나로 고유전율 절연막은 트렌지스터 소자의 스케일링 과정에 수반하여 커지는 게이트 누설 전류를 억제하기 위한 목적으로 도입되었다. 유전율이 크면 동일한 capacitance를 내는데 필요한 물리적인 두께를 늘릴 수 있어 전자의 tunneling을 억제할 수 있고 전력손실을 줄일 수 있기 때문이다. 이와 같은 고유전율 물질이 게이트 산화막으로 사용되기 위해서 높은 유전상수 열역학적 안정성, 낮은 계면 전하밀도, 낮은 EOT, 전극 물질과의 양립성 등의 특성이 요구되는데, 이에 따라 많은 유전물질에 대한 연구가 진행되었다. 기존 gata oxide를 대체하기 위한 가장 유력한 후보 재료로 주목 받고 있는 high-k 물질들로는 Al2O3, HfO2, ZrO2, La2O3 등이 있다. 본 발표에서는 ALD의 종류에 따른 기술을 소개하고 그 응용으로 고유전율 물질 개발 연구 (고유전율 산화물 박막의 증착, 고유전율 산화물의 열적 안정성 평가, Flatband 매카니즘 규명, 전기적 물리적 특성 분석)에 대해서 발표 하고자 한다.

• Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics D
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• v.36D no.3
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• pp.34-40
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• 1999

Recently, the gate oxide damage induced by the plasma processes has been one of the most significant reliability issues as the gate oxide thickness falls below 10 nm. The plasma-induced damage was studied with the metal antenna test structures. In addition to the electron trapping, the hole trapping in a 10 nm thick gate oxide due to the plasma-induced charging was observed in the NMOS's with a metal antenna. The hole trapping caused the transconductance (gm) to be reduced like the case of the electron trapping, but to the extent much less than the electron trapping. It would be because the electrical stress that the plasma-induced charging forced to the gate oxide for the devices with the hole trapping was much smaller than for those with the electron trapping. This hypothesis was strongly supported by the measured characteristics of the Fowler-Nordheim current in the gate oxide.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.211.2-211.2
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• 2016

그래핀은 본연의 우수한 물성으로 인하여 전자소자, 에너지 저장매체, 유연성 전도막 등 다양한 분야로의 응용가능성이 제기되었으나, 실제적인 응용을 위해서는 구조적인 결함을 최소화하며, 특성을 자유로이 제어하거나 향상시키는 공정의 개발이 요구된다. 특히 그래핀을 전자소자로 응용하기 위해서는 전기적 특성을 제어하는 것이 요구된다. 일반적으로 화학적 도핑은 그래핀의 전기적 특성을 제어하는 효율적인 방법으로 알려져 있다. 화학적 도핑은 그래핀을 구성하는 탄소원자를 이종원자로 치환하거나 표면에 흡착시켜 기능화 된 그래핀을 얻는 방법으로, 특정 가스 분위기에서 고온 열처리하거나 활성종들이 존재하는 플라즈마에 노출시키는 방법이 제시되었다. 특히 플라즈마를 이용한 도핑방법은 저온에서 단시간의 처리로 도핑이 가능하고, 플라즈마 변수를 변경하여 도핑정도를 수월하게 제어할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 그러나 플라즈마내의 극성을 띄는 다양한 활성종들의 충돌효과로 인하여 구조적인 손상이 발생하여 오히려 특성이 저하될 수 있어 이를 고려한 플라즈마 공정조건의 설정이 필수적이다. 따라서 본 연구에서는 플라즈마에 노출된 그래핀의 Raman 특성을 고찰함으로써 화학적 도핑과 구조적인 결함의 경계를 확립하고 구조결함의 형성을 최소화한 효율적인 도핑조건을 도출하였다. 그래핀은 물리적 박리법을 이용하여 300 nm 두께의 실리콘 산화막이 존재하는 실리콘 웨이퍼 위에 제작하였으며, 평행 평판형 직류 플라즈마 장치를 이용하여 전극의 위치, 인가전력, 처리시간을 변수로 암모니아($NH_3$) 플라즈마를 방전하여 그래핀의 Raman 특성변화를 관찰하였다. 그래핀의 구조적 결함 및 도핑 효과는 라만 스펙트럼의 D, D', 2D밴드의 강도와 G밴드의 위치와 반치폭(Full width at half maximum; FWHM)의 변화를 통해 확인하였다. 그 결과, 인가전력과 처리시간에 따라 결함형성과 질소도핑 영역이 구분 가능함을 확인하였으며, 이를 바탕으로 결함형성을 최소화한 효율적인 도핑조건이 접지전위, 0.45 W의 인가전력, 처리시간 10초이며, 최적조건에서 계산된 도핑레벨은 $1.8{\times}10^{12}cm^{-2}$임을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2017.05a
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• pp.134.2-134.2
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• 2017

최근 고성능, 저 전력 반도체 소자를 위한 미세 공정 기술이 발전함에 따라, gate oxide의 두께 및 선폭이 감소하고, aspect ratio가 증가하고 있는 추세이다. 따라서 얇아진 gate oxide를 통한 채널 물질로의 boron 확산을 막기 위한 고농도 질화 막 증착의 필요성이 높아지고 있으며, high aspect ratio의 gate oxide에 적용 가능한 우수한 step coverage의 질화막 또한 요구되고 있다. 이러한 요구조건을 만족시키기 위해 일반적인 13.56MHz의 플라즈마 소스를 이용한 질화연구들이 선행되어져 왔으나, 높은 binding energy(~24 eV)를 가지고 있는 N2 molecule gas를 효과적으로 dissociation 하지 못해 충분한 질화공정이 수행되어질 수 없었을 뿐만 아니라 높은 공정온도($>200^{\circ}C$에서 진행되어 반도체소자에 손상을 줄 수 있다. 본 연구에서는 이러한 문제들을 해결하기 위해 VHF (162MHz)를 이용한 플라즈마를 통해 고밀도에서 낮은 전자온도와 높은 진동온도의 플라즈마를 구현하여 20%이상의 높은 질화율을 얻을 수 있었고, multi-tile push-pull 플라즈마 소스를 통해 VHF 사용 시 나타나는 standing wave effect를 제어하여 high aspect ratio의 gate sidewall spacer에 우수한 step coverage의 질화막을 형성시킬 수 있었다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.21 no.6
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• pp.312-321
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• 2012

The electric potential of plasma column is measured with the high voltage probe in a pair of atmospheric plasma jets operated by AC-voltage. According to the polarity of voltage applied to the electrodes, the polarity of plasma column potential has the same polarity of applied voltage. The high potential of plasma column at the side of high voltage electrode is decreased linearly along the plasma column to the ground side. Therefore, the plasma column seams to be a kind of resistor whose resistivity is a few 10s $M{\Omega}/m$. In the experiment of double-jets system, the polarity of plasma potential is verified to be the same polarity to the applied voltage. When the different voltage polarities are applied to the electrodes of double plasma jets, the attractive force is acted between two plumes at the merged plasma and the plasma potential is measured to be low as a few 10s V. When the same polarity of voltage is applied to the electrode, the repulsive force is acted and the plasma potential is measured to be high as a several 100s V at the merged plumes. In the exposure of plasma plume on the bio-substrate with the double plasma jets, the electric shock and thermal damage might be proportional to the plasma power which is the multiplication of the plasma potential and the plasma current.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2003.05a
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• pp.56-56
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• 2003

플라즈마 식각에서 물리적 손상과 전기적 손상은 차세대 Nanoscale 소자와 Deep - Submicron 반도체공정에서 해결되어야 할 가장 큰 문제 중 하나이다. 이 중 전기적인 손상을 줄이기 위한 몇 가지 무손상 공정이 제시되고 있으며, 그러한 기술 중의 하나가 이온빔의 Low Angle Forward Reflection을 이용한 식각방법이다. Low Angle Forward Reflection방법은 이온소오스로부터 발생시킨 이온을 Low Angle 에서 Reflection-시켜 이온빔을 중성화되도록 하는 방법으로, 이전 연구를 통해 Reflection시 입사각이 5도일 경우 대부분의 이온들이 중성화되는 결과를 얻었다. 또한, 실험에 사용된 $SF_6,{\;}NF_3,{\;}CF_4$와 같은 모든 가스종에서 유사한 값의 중성화 정도를 관찰할 수 있었으며, 이러한 가스를 이용하여 $Si0_2$ 식각시 Vertical한 Profile 결과를 얻었다. 본 연구에서는 기존 Grid 장치에서 이온소오스 부분에 Low Angle Forward Reflected Neutral Beam을 위한 판형 Reflector를 부착하였으며, 이에 따라 중성빔의 Flux가 크게 향상되며 Beam의 직진성을 향상시킬 수 있었다. 또한, F계열 가스를 이용한 실험을 통해 $Si0_2$ 식각율과 식각특성 면에서 향상된 실험결과를 얻을 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.154.1-154.1
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• 2016

ITER 내부 플라즈마 진단에 대한 연구는 활발히 이루어지고 있다. 그 중에서도 광학 시스템을 이용한 진단방법으로 OES, Bolometer, Stark effects, Thomson scattering이 주로 연구되고 있다. 이러한 방법을 구현하기 위해서는 핵융합로 내부에 first mirror 설치가 필수적이다. 그러나 노 내부에서 발생한 플라즈마에 의한 부식과 증착 및 광 소스에 의한 first mirror 표면 손상이 현재 ITER 주요 난제중 하나로 꼽히고 있다. 이는 추후 건설될 DEMO와 핵융합로 건설을 위해서도 필요한 연구이다. 그러나 국내에서는 이러한 연구가 거의 진행되고 있지 않다. 이에 따라 Thomson scattering 진단계와 first mirror 관련 연구동향을 추적하였다. 그리고 이 추적한 결과를 바탕으로 감마선환경에서 first mirror의 특성을 분석했다. 또한 오염 제거 및 방지를 위하여 TE(thermos-electric) 시스템을 제작하고 있다. 그리고 high energy neutral beam에 대한 플라즈마를 이용한 오염방지 실험을 진행하고 있다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2003.11a
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• pp.225-225
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• 2003

실리카글라스를 기초로 하는 PLC소자는 가격, 광 손실 성질과 광섬유와의 결합효율이 좋아 광통신에 응용되어지고 있으며 Ge 도핑된 실리카 글라스는 PLC소자의 코어물질로 널리 사용되고 있다. 소작제작을 위해서는 높은 식각률과 깨끗하고 적은 표면손상을 얻어야 하므로 유도결합플라즈마를 이용한 건식식각공정개발이 이루어 져야 한다. 본 연구에서는 Ge 도핑된 실리카글라스의 식각특성을 연구하기 위해 $C_2$F/6 와 NF$_3$가스를 사용하였고 ICP power, bias power, 압력, 플라즈마와 샘플간의 거리를 변화시키면서 식각속도, 표면거칠기, 메사수직도, 마스크선택도등 기본공정 조건을 연구하고 첨가가스(CH$_4$, $O_2$), 마스크 물질(Ni, Cr, PR) 도핑농도(0.3, 0.45, 0.7%)등을 변화시키면서 식각특성을 연구하였다. 그 결과 300nm/min, 정도의 식각속도를 가지고 수직한 메사각도(~89$^{\circ}$)와 미려한 표면(표면거 칠기 1.5nm 이하)를 갖는 결과를 얻었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.142-142
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• 2010

본 논문은 단결정 및 다결정 실리콘 기판 상에 아산화질소 플라즈마 처리를 통하여 형성한 초박형 실리콘 옥시나이트라이드 박막의 특성과 이의 어플리케이션에 관한 것이다. 초박형 절연막은 현재 다양한 전자소자의 제작과 특성 향상을 위하여 활용되고 있으나 일반적인 화학 기상 증착 방법으로는 균일도를 확보하기 어려운 문제점을 가지고 있다. 디스플레이의 구동소자로 활용되는 박막 트랜지스터의 특성 향상과 비휘발성 메모리 소자의 터널링 박막에 응용하기 위하여 초박형 실리콘 옥시나이트라이드 박막의 증착과 이의 특성을 분석하였고, 실제 어플리케이션에 적용하였다. 실리콘 산화막과 실리콘 계면상에 존재하는 질소는 터널링 전류와 결함 형성을 감소시키며, 벌크 내에 존재하는 질소는 단일 실리콘 산화막에 비해 더 두꺼운 박막을 커패시턴스의 감소없이 이용할 수 있는 장점이 있다. 아산화질소 플라즈마를 이용하여 활성화된 질소 및 산소 라디칼들이 실리콘 계면을 개질하여 초박형 실리콘 옥시나이트라이드 박막을 형성할 수 있다. 플라즈마 처리 시간과 RF power의 변화에 따라 형성된 실리콘 옥시나이트라이드 박막의 두께 및 광학적, 전기적 특성을 분석하였다. 아산화질소 플라즈마 처리 방법을 사용한 실리콘 옥시나이트라이드 박막을 시간과 박막 두께의 함수로 전환해보면 초기적으로 증착률이 높고 시간이 지남에 따라 두께 증가가 포화상태에 도달함을 확인할 수 있다. 아산화질소 플라즈마 처리 시간의 변화에 따라 형성된 박막의 전기적인 특성의 경우, 플라즈마 처리 시간이 짧은 실리콘 옥시나이트라이드 박막의 경우 전압의 변화에 따라 공핍영역에서의 기울기가 현저히 감소하며 이는 플라즈마에 의한 계면 손상으로 계면결합 전하량이 증가에 기인한 것으로 판단된다. 또한, 전류-전압 곡선을 활용하여 측정한 터널링 메카니즘은 2.3 nm 이하의 두께를 가진 실리콘 옥시나이트라이드 박막은 직접 터널링이 주도하며, 2.7 nm 이상의 두께를 가진 실리콘 옥시나이트라이드 박막은 F-N 터널링이 주도하고 있음을 확인할 수 있다. 결론적으로 실리콘 옥시나이트라이드 박막을 활용하여 전기적으로 안정한 박막트랜지스터를 제작할 수 있었으며, 2.5 nm 두께를 경계로 터널링 메커니즘이 변화하는 특성을 이용하여 전하 주입 및 기억 유지 특성이 효과적인 터널링 박막을 증착하였고, 이를 바탕으로 다결정 실리콘 비휘발성 메모리 소자를 제작하였다.