• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제13권1호
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• pp.11-17
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• 1992

Vibration-to-vibration energy transfer probabilities for $HF(v=n)+H_2(v=0){\to}HF(v=n-1)+H_2(v=1)$ and $DF(v=n)+D_2(v=0){\to}DF(v=n-1)+D_2(v=1)$ including both the vibration-to-vibration and translation (V-V, T) and vibration-to-vibration and rotation (V-V, R) energy transfer paths have been calculated semiclassically using a simplified collision model and Morse-type intermolecular interaction potential. The calculated results are in reasonably good agreement with those obtained by experimental studies. They also show that the transition processes for $HF(v=1-3)+H_2(v=0){\to}HF(v=0-2)+H_2(v=1)$ and $DF(v=1,\;4)+D_2(v=0){\to}DF(v=0,\;3)+D_2(v=1)$ are strongly dependent on the V-V, T path at low temperature but occur predominantly via the V-V, R path with rising temperature. The vibration-to-vibration energy transfer for $HF(v=4)+H_2(v=0){\to}HF(v=3)+H_2(v=1)$ and $DF(v=2-3)+D_2(v=0){\to}DF(v=1-2)+D_2(v=1)$ occur predominantly via V-V, R path and V-V, T path through whole temperatures, respectively.

• 한국재료학회지
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• 제29권8호
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• pp.463-468
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• 2019

The electrical and interfacial properties of $HfO_2/Al_2O_3$ and $Al_2O_3/HfO_2$ dielectrics on AlN/p-Ge interface prepared by thermal atomic layer deposition are investigated by capacitance-voltage(C-V) and current-voltage(I-V) measurements. In the C-V measurements, humps related to mid-gap states are observed when the ac frequency is below 100 kHz, revealing lower mid-gap states for the $HfO_2/Al_2O_3$ sample. Higher frequency dispersion in the inversion region is observed for the $Al_2O_3/HfO_2$ sample, indicating the presence of slow interface states A higher interface trap density calculated from the high-low frequency method is observed for the $Al_2O_3/HfO_2$ sample. The parallel conductance method, applied to the accumulation region, shows border traps at 0.3~0.32 eV for the $Al_2O_3/HfO_2$ sample, which are not observed for the $Al_2O_3/HfO_2$ sample. I-V measurements show a reduction of leakage current of about three orders of magnitude for the $HfO_2/Al_2O_3$ sample. Using the Fowler-Nordheim emission, the barrier height is calculated and found to be about 1.08 eV for the $HfO_2/Al_2O_3$ sample. Based on these results, it is suggested that $HfO_2/Al_2O_3$ is a better dielectric stack than $Al_2O_3/HfO_2$ on AlN/p-Ge interface.

• 대한화학회지
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• 제28권1호
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• pp.26-33
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• 1984

HF와 DF 혼합계내에서 일어나는 다음 두 진동-진동 에너지 이동 반응의 속도상수$(k_{vv})$를 n=2~5에 대해 300~800K 온도 범위에서 이론적으로 계산하였다. HF(v=n) + DF(v=0) ${\to}$ HF(v=n-l) + DF(v=l) + ${\Delta}E$(a) DF(v=n) + HF(v=0) ${\to}$ DF(v=n-l) + HF(v=l) + ${\Delta}E$(b) 이용한 충돌모형은 수소결합에너지를 분자간 상호작용의 주축으로 삼는 loosely-held, non-rigid dimer model이었고, 계산법으로는 반고전적 방법을 사용하였다. 계산 결과 반응(a)에 대한 속도상수가 반응(b)에 대한 속도상수 보다 훨씬 HF-DF 혼합계 내에서는 진동에너지가 HF에서 DF로 이동함이, 또한 반응(a)에 대한 속도 상수는 온도가 높아질 수록 감소하고, 진동 양자수가 커질 수록 증가하는 반면에, 반응 (b)에 대한 속도 상수는 온도 의존성과 양자수 의존성에 있어서 대체로 이와 반대의 경향을 보임을 밝혔으며, 이 계산 결과는 주로 에너지 차 ${\Delta}E$의 부호와 크기로써 설명될 수 있음을 보였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2001년도 하계학술대회 논문집
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• pp.45-49
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• 2001

We have investigated physical and electrical properties of the Hf $O_2$/HfS $i_{x}$/ $O_{y}$ thin film for alternative gate dielectrics in the metal-oxide-semiconductor device. The oxidation of Hf deposited directly on the Si substrate results in the H $f_{x}$/ $O_{y}$ interfacial layer and the high-k Hf $O_2$film simultaneously. Interestingly, the post-oxidation N2 annealing of the H102/H1Si70y thin films reduces(increases) the thickness of an amorphous HfS $i_{x}$/ $O_{y}$ layer(Hf $O_2$ layer). This phenomenon causes the increase of the effective dielectric constant, while maintaining the excellent interfacial properties. The hysteresis window in C-V curves and the midgap interface state density( $D_{itm}$) of Hf $O_2$/HfS $i_{x}$/ $O_{y}$ thin films less than 10 mV and ~3$\times$10$^{11}$ c $m^{-2}$ -eV without post-metallization annealing, respectively. The leakage current was also low (1$\times$10-s A/c $m^2$ at $V_{g}$ = +2 V). It is believed that these excellent results were obtained due to existence of the amorphous HfS $i_{x}$/ $O_{y}$ buffer layer. We also investigated the charge trapping characteristics using Fowler-Nordheim electron injection: We found that the degradation of Hf $O_2$/HfS $i_{x}$/ $O_{y}$ gate oxides is more severe when electrons were injected from the gate electrode.e electrode.e.e electrode.e.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제48권6호
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• pp.1-6
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• 2011

투명 산화물 반도체 (Transparent Oxide-TFT)를 활성층과 소스/드레인, 게이트 전극층으로 동시에 사용한 비결정 indium zinc oxide (a-IZO), 절연층으로 co-sputtered $HfO_2-Al_2O_3$ (HfAIO)을 적용하여 실온에서 RF-magnetron 스퍼터 공정에 의해 제작하였다. TFT의 게이트 절연막으로써 $HfO_2$ 는 그 높은 유전상수( > 20)에도 불구하고 미세결정구조와 작은 에너지 밴드갭 (5.31eV) 으로 부터 기인한 거친계면특성, 높은 누설전류의 단점을 가지고 있다. 본 연구에서는, 어떠한 추가적인 열처리 공정 없이 co-sputtering에 의해 $HfO_2$와 $Al_2O_3$를 동시에 증착함으로써 구조적, 전기적 특성이 TFT 의 절연막으로 더욱 적합하게 향상되어진 $HfO_2$ 박막의 변화를 x-ray diffraction (XRD), atomic force microscopy (AFM) and spectroscopic ellipsometer (SE)를 통해 분석하였다. XRD 분석은 기존 $HfO_2$ 의 미세결정 구조가 $Al_2O_3$와의 co-sputter에 의해 비결정 구조로 변한 것을 확인 시켜 주었고, AFM 분석을 통해 $HfO_2$ 의 표면 거칠기를 비교할 수 있는 RMS 값이 2.979 nm 인 것에 반해 HfAIO의 경우 0.490 nm로 향상된 것을 확인하였다. 또한 SE 분석을 통해 $HfO_2$ 의 에너지 밴드 갭 5.17 eV 이 HfAIO 의 에너지 밴드 갭 5.42 eV 로 향상 되어진 것을 알 수 있었다. 자유 전자 농도와 그에 따른 비저항도를 적절하게 조절한 활성층/전극층 으로써의 IZO 물질과 게이트 절연층으로써 co-sputtered HfAIO를 적용하여 제작한 Oxide-TFT 의 전기적 특성은 이동도 $10cm^2/V{\cdot}s$이상, 문턱전압 2 V 이하, 전류점멸비 $10^5$ 이상, 최대 전류량 2 mA 이상을 보여주었다.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제22권2호
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• pp.101-106
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• 2009

In this paper, Thin films of $HfO_2$/Hf were deposited on p-type wafer by Atomic Layer Deposition (ALD). We studied the electrical and material characteristics of $HfO_2$/Hf/Si MOS capacitor depending on thickness of Hf metal layer. $HfO_2$ films were deposited using TEMAH and $O_3$ at $350^{\circ}C$. Samples were then annealed using furnace heating to $500^{\circ}C$. Round-type MOS capacitors have been fabricated on Si substrates with $2000\;{\AA}$-thick Pt top electrodes. The composition rate of the dielectric material was analyzed using TEM (Transmission Electron Microscopy), XRD (X-ray Diffraction) and XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy). Also the capacitance-voltage (C-V), conductance-voltage (G-V), and current-voltage (I-V) characteristics were measured. We calculated the density of oxide trap charges and interface trap charges in our MOS device. At the interface between $HfO_2$ and Si, both Hf-Si and Hf-Si-O bonds were observed, instead of Si-O bond. The sandwiched Hf metal layer suppressed the growing of $SiO_x$ layer so that $HfSi_xO_y$ layer was achieved. And finally, the generation of both oxide trap charge and interface trap charge in $HfO_2$ film was reduced effectively by using Hf metal layer.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.299-299
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• 2016

SiC는 넓은 에너지갭 (Eg=~3.4 eV)을 갖는 반도체로써, 고전압, 고온에서 동작이 가능하여 기존의 Si기반의 파워디바이스를 대체하기 위한 물질로 많은 연구가 이루어지고 있다. 파워 디바이스의 성능 향상을 위해서는 기판과 절연체 사이의 계면에 생성되는 계면 결함을 감소시켜야 한다. 따라서 본 연구에서는 SiC 기판에 high-k 물질인 HfO2를 증착하여 HfO2/SiC 계면에 유도된 결함을 분석하고 이를 감소시킬 수 있는 방법에 대한 연구를 수행하였다. HfO2 박막은 atomic-layer-deposition (ALD) 방법을 이용하여 SiC 기판 위에 $200^{\circ}C$에서 증착하였다. HfO2 박막 증착 후 NH3 분위기에서 rapid thermal annealing 방법을 이용하여 $600^{\circ}C$에서 1분 동안 열처리 진행하였다. Current-voltage (I-V) 측정을 통해 열처리 전 HfO2/SiC의 절연파괴 전압이 약 8.3 V 임을 확인하였다. NH3 열처리 후 HfO2/SiC의 절연파괴 전압이 10 V로 증가하였으며 누설 전류가 크게 감소하는 것을 확인하였다. 또한 capacitance-voltage (C-V) 측정을 통해 열처리 후 flat band voltage가 negative 방향에서 positive 방향으로 이동함을 확인하였고, 이를 통해 NH3 열처리 방법이 HfO2/SiC 계면에 존재하는 결함을 감소시킬 수 있음을 확인하였다. 전자 구조상의 conduction band edge에 존재하는 결함 준위를 분석하기 위해 x-ray absorption spectroscopy (XAS) 분석을 실시하였고, 열처리 전 HfO2/SiC 계면에 많은 결함 준위가 존재함을 확인하였으며, x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) 분석을 통해 이 결함 준위가 oxygen deficiency state과 관련됨을 알 수 있었다. NH3 열처리 후 결과와 비교해보면, oxygen deficiency state가 감소함을 확인하였으며 이로 인해 conduction band edge에 존재하는 결함 준위가 감소함을 알 수 있었다. 따라서, NH3 열처리 방법을 이용하여 HfO2/SiC 계면에 존재하는 결함을 감소시킬 수 있으며, HfO2/SiC의 물리적, 전기적 특성을 향상시킬 수 있다는 결과를 도출하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2001년도 하계학술대회 논문집
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• pp.832-835
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• 2001

We report the structural and electrical properties of hafnium oxide (HfO$_2$) films with tungsten silicide (WSi$_2$) metal gate. In this study, HfO$_2$thin films were fabricated by oxidation of sputtered Hf metal films on Si, and WSi$_2$was deposited directly on HfO$_2$by LPCVD. The hysteresis windows in C-V curves of the WSi$_2$HfO$_2$/Si MOS capacitors were negligible (<20 mV), and had no dependence on frequency from 10 kHz to 1 MHz and bias ramp rate from 10 mV to 1 V. In addition, leakage current was very low in the range of 10$^{-9}$ ~10$^{-10}$ A to ~ 1 V, which was due to the formation of interfacial hafnium silicate layer between HfO$_2$and Si. After PMA (post metallization annealing) of the WSi$_2$/HfO$_2$/Si MOS capacitors at 500 $^{\circ}C$ EOT (equivalent oxide thickness) was reduced from 26 to 22 $\AA$ and the leakage current was reduced by approximately one order as compared to that measured before annealing. These results indicate that the effect of fluorine diffusion is negligible and annealing minimizes the etching damage.

• 전자공학회논문지
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• 제50권2호
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• pp.98-103
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• 2013

본 연구에서는 IZO를 활성층으로 하고 $HfSiO_x$를 절연층으로 한 TFT에 대하여 그 성능을 측정하였다. $HfSiO_x$는 $HfO_2$ target과 Si target을 co-sputtering 하여 증착하였으며 RF power를 달리 하여 네 가지의 $HfSiO_x$ 박막을 제작하였다. 공정의 간소화를 위해 게이트 전극을 제외한 모든 층들은 RF-magnetron sputtering system과 shadow mask만을 이용하여 증착하였으며 공정의 간소화를 위해 어떠한 열처리도 하지 않았다. 네 가지 $HfSiO_x$ 박막의 구조적 변화를 X-ray diffraction(XRD), atomic force microscopy(AFM)을 통해 분석하였고, 그 전기적 특성을 확인하였다. 박막 내 $HfO_2$와 Si의 조성비에 따라 그 특성이 현저히 차이가 남을 확인하였다. $HfO_2$(100W)-Si(100W)의 조건으로 증착한 $HfSiO_x$ 박막을 절연층으로 한 소자의 특성이 전류 점멸비 5.89E+05, 이동도 2.0[$cm^2/V{\cdot}s$], 문턱전압 -0.5[V], RMS 0.263[nm]로 가장 좋은 결과로 나타났다. 따라서 $HfSiO_x$ 박막 내의 적절한 $HfO_2$와 Si의 조성비가 계면의 질을 향상시킴은 물론, $HfO_2$자체의 trap이나 defect를 효과적으로 줄여 줌으로써 소자의 성능 향상에 중요한 요소라 판단된다.

• 대한전자공학회:학술대회논문집
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• 대한전자공학회 2006년도 하계종합학술대회
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• pp.565-566
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• 2006

In this work, We study electrical characterization of $HfO_2$/Hf/Si films grown by Atomic Layer Deposition(ALD). Through AES(Auger Electron Spectroscopy), capacitance-voltage(C-V) and current-voltage(I-V) analysis, the role of Hf layer for the better $HfO_2$/Si interface property was investigated. We found that Hf metal layer in our structure effectively suppressed the generation of interfacial $SiO_2$ layer between $HfO_2$ film and silicon substrate.