• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
• /
• 2001.07a
• /
• pp.45-49
• /
• 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.

• Proceedings of the Korea Crystallographic Association Conference
• /
• 2002.11a
• /
• pp.45-47
• /
• 2002

반도체 소자의 고집적화 및 고속화가 요구됨에 따라 MOSFET 구조의 게이트 절연막으로 사용되고 있는 SiO₂ 박막의 두께를 감소시키려는 노력이 이루어지고 있다. 0.1㎛ 이하의 소자를 위해서는 15Å 이하의 두께를 갖는 SiO₂가 요구된다. 하지만 두께감소는 절연체의 두께와 지수적인 관계가 있는 누설전류를 증가시킨다[1-3]. 따라서 같은 게이트 개패시턴스를 유지하면서 누설전류를 감소시키기 위해서는 높은 유전상수를 갖는 두꺼운 박막이 요구되는 것이다. 그러므로 약 25정도의 높은 유전상수를 갖고 5.2～7.8 eV 정도의 비교적 높은 bandgap을 갖으며, 실리콘과 열역학적으로 안정한 물질로 알려진 HfO2[4-5]가 최근 큰 관심을 끌고 있다. 본 연구에서는 HfO₂ 박막을 실제 소자에 적용하기 위하여 전극 및 열처리에 따른 HfO₂ 박막의 미세구조 및 전기적 특성에 관한 연구를 수행하였다. 이를 위해, HfO₂ 박막을 reactive DC magnetron sputtering 방법으로 증착하고, XRD, TEM, XPS를 사용하여 ZrO₂ 박막의 미세구조를 관찰하였으며, MOS 캐패시터 구조의 C-V 및 I-V 특성을 측정하여 HfO₂ 박막의 전기적 특성을 관찰하였다. HfO₂ 타겟을 스퍼터링하면 Ar 스퍼터링에 의해 에너지를 가진 산소가 기판에 스퍼터링되어 Si 기판과 반응하기 때문에 HfO₂ 박막 형성과 더불어 Si 기판이 산화된다[6]. 그래서 HfO₂같은 금속 산화물 타겟 대신에 순수 금속인 Hf 타겟을 사용하고 반응성 기체로 O₂를 유입시켜 타겟이나 시편위에서 high-k 산화물을 만들면 SiO/sub X/ 계면층을 제어할 수 있다. 이때 저유전율을 갖는 계면층은 증착과 열처리 과정에서 형성되고 특히 500℃ 이상에서 high-k/Si를 열처리하면 계면 SiO₂층은 증가하는 데, 이것은 산소가 HfO₂의 high-k 박막층을 뚫고 확산하여 Si 기판을 급속히 산화시키기 때문이다. 본 방법은 증착에 앞서 Si 표면을 희석된 HF를 이용해 자연 산화막과 오염원을 제거한 후 Hf 금속층과 HfO₂ 박막을 직류 스퍼터링으로 증착하였다. 우선 Hf 긍속층이 Ar 가스 만의 분위기에서 증착되고 난 후 공기중에 노출되지 않고 연속으로 Ar/O₂ 가스 혼합 분위기에서 반응 스퍼터링 방법으로 HfO₂를 형성하였다. 일반적으로 Si 기판의 표면 위에 자연적으로 생기는 비정질 자연 산화막의 두께는 10～15Å이다. 그러나 Hf을 증착한 후 단면 TEM으로 HfO₂/Si 계면을 관찰하면 자연 산화막이 Hf 환원으로 제거되기 때문에 비정질 SiO₂ 층은 관찰되지 않았다. 본 실험에서는 HfO2의 두께를 고정하고 Hf층의 두께를 변수로 한 게이트 stack의 물리적 특성을 살펴보았다. 선증착되는 Hf 금속층을 0, 10, 25Å의 두께 (TEM 기준으로 한 실제 물리적 두께) 로 증착시키고 미세구조를 관찰하였다. Fig. 1(a)에서 볼 수 있듯이 Hf 금속층의 두께가 0Å일때 13Å의 HfO₂를 반응성 스퍼터링 방법으로 증착하면 HfO₂와 Si 기판 사이에는 25Å의 계면층이 생기며, 이것은 Ar/O₂의 혼합 분위기에서의 스퍼터링으로 인한 Si-rich 산화막 또는 SiO₂ 박막일 것이다. Hf 금속층의 두께를 증가시키면 계면층의 성장은 억제되는데 25Å의 Hf 금속을 증착시키면 HfO₂ 계면층은 10Å미만으로 관찰된다. 그러므로 Hf 금속층이 충분히 얇으면 플라즈마내 산소 라디칼, 이온, 그리고 분자가 HfO₂ 층을 뚫고 Si 기판으로 확산되어 SiO₂의 계면층을 성장시키고 Hf 금속층이 두꺼우면 SiO/sub X/ 계면층을 환원시키면서 Si 기판으로의 산소의 확산은 막기 때문에 계면층의 성장은 억제된다. 따라서 HfO₂/Hf(Variable)/Si 계에서 HfO₂ 박막이 Si 기판위에 직접 증착되면, 순수 HfO₂ 박막의 두께보다 높은 CET값을 보이고 Hf 금속층의 두께를 증가시키면 CET는 급격하게 감소한다. 그러므로 HfO₂/Hf 박막의 유효 유전율은 단순 반응성 스퍼터링에 의해 형성된 HfO₂ 박막의 유전율보다 크다. Fig. 2에서 볼 수 있듯이 Hf 금속층이 너무 얇으면 계면층의 두께가 두꺼워 지고 Hf 금속층이 두꺼우면 HfO₂층의 물리적 두께가 두꺼워지므로 CET나 EOT 곡선은 U자 형태를 그린다. Fig. 3에서 Hf 10초 (THf=25Å) 에서 정전 용량이 최대가 되고 CET가 20Å 이상일 때는 high-k 두께를 제어해야 하지만 20Å 미만의 두께를 유지하려면 계면층의 두께를 제어해야 한다.

• Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
• /
• v.48 no.6
• /
• pp.1-6
• /
• 2011

A transparent oxide thin film transistors (Transparent Oxide-TFT) have been fabricated by RF magnetron sputtering at room temperature using amorphous indium zinc oxide (a-IZO) as both of active channel and source/drain, gate electrodes and co-sputtered $HfO_2-Al_2O_3$ (HfAIO) as gate dielectric. In spite of its high dielectric constant > 20), $HfO_2$ has some drawbacks including high leakage current and rough surface morphologies originated from small energy band gap (5.31eV) and microcrystalline structure. In this work, the incorporation of $Al_2O_3$ into $HfO_2$ was obtained by co-sputtering of $HfO_2$ and $Al_2O_3$ without any intentional substrate heating and its structural and electrical properties were investigated by x-ray diffraction (XRD), atomic force microscopy (AFM) and spectroscopic ellipsometer (SE) analyses. The XRD studies confirmed that the microcrystalline structures of $HfO_2$ were transformed to amorphous structures of HfAIO. By AFM analysis, HfAIO films (0.490nm) were considerably smoother than $HfO_2$ films (2.979nm) due to their amorphous structure. The energy band gap ($E_g$) deduced by spectroscopic ellipsometer was increased from 5.17eV ($HfO_2$) to 5.42eV (HfAIO). The electrical performances of TFTs which are made of well-controlled active/electrode IZO materials and co-sputtered HfAIO dielectric material, exhibited a field effect mobility of more than $10cm^2/V{\cdot}s$, a threshold voltage of ~2 V, an $I_{on/off}$ ratio of > $10^5$, and a max on-current of > 2 mA.

• Journal of the Korean Chemical Society
• /
• v.26 no.4
• /
• pp.229-234
• /
• 1982

Using solution technique, sulfur in the sulfide ore was indirectly determined by X-ray fluorescence spectrometry. The sample was dissolved with the mixed solution of B$r_2$ and HN$O_3$, and Si$O_2$, a major constituent, was repelled from the solution by HF treatment several times, B$a^{2+}$ solution was added to the solution to precipitate the S$O^4_{2-}$ ion as BaS$O_4$. Measuring the fluorescent X-ray intensity of excess Ba2+ ion in the filtrate, the content of sulfur in the original ore was back-calculated. Comparing the results by this method with the gravimetric method, the mean difference was ${\pm}1.7%$ in the range of 20 to 40% of sulfur content and the method was tolerably reproducible.

• Korean Journal of Materials Research
• /
• v.11 no.1
• /
• pp.3-7
• /
• 2001

$M\"{o}ssbauer$ spectra of the $Ni_{1+x}Ti_xFe_{2-2x}O_4$ systems ($0{\leqq}x{\leqq}0.7$), which appear as single phase spinel structure, were examined at RT. The $M\"{o}ssbauer$ spectra reveal two sextet for $0{\leqq}x{\leqq}0.3$, two sextet and a doublet for $0.4{\leqq}x{\leqq}0.6$, and a doublet for x=0.7 As x increases, the area ratio of B-site and A-site($A_B/A_A$) of the sextet decreases, and the area ratio of the doublet and the total areas($A_{doublet}/A_{tot.}$) increases. The isomer shift(I.S.) of A-site slightly increases and magnetic hyperfine fields($H_{hf}$) of two sites decrease as the increasing x. From these results, we have obtained the cation distributions of the samples and concluded that the increasing x leads to the decrease of covalency of $Fe^{3+}-O^{2-}$ bond in A-sites and A-B superexchange interactions.eractions.

• Korean Journal of Materials Research
• /
• v.7 no.7
• /
• pp.618-622
• /
• 1997

상온에서 측정한 Cd$_{x}$Ni$_{1-x}$Fe$_{2}$O$_{4}$의 Mossbauer 스펙트럼은 조성비에 따라 x값이 0.4이하인 시료에서는 준강자성에 의한 여섯개의 공명 흡수선, x값이 0.5인 시료에서는 이완된 형태의 공명흡수선, 그리고 x값이 0.6시료인 상자성에 의한 두개의 공명 흡수선이 나타났다. Cd$_{x}$Ni$_{1-x}$Fe$_{2}$O$_{4}$의 x값이 0.4이하인 시료의 초미세 자기장(H$_{hf}$)과 x값이 0.6 이상인 시료의 사중극자 분열치 (Q.S.)는 Cd농도가 증가함에 따라 감소한다. 시료의자기적 성질에 따른 이성질체 이동치(I.S.)의 차이는 있으나, Ni와 Cd이온의 농도에 따른 뚜렷한 의존성은 나타나지 않았다.다.

• Journal of the Korean Magnetics Society
• /
• v.19 no.3
• /
• pp.113-119
• /
• 2009

$^{57}Fe_xCu_{1-x}O$(x = 0.0, 0.02) powders were prepared by sol-gel method and their crystallographic and magnetic hyperfine properties have been studied using X-ray diffraction and $M{\ddot{o}}ssbauer$ spectroscopy (MS). The crystal structure of the samples is found to be monoclinic without any secondary phases and their lattice parameters increase with increasing annealing temperature ($T_A$), which is attributed to an increase in oxygen-vacancy content. MS measurements at room temperature indicate that $Fe^{3+}$ ions substitute $Cu^{2+}$ sites and ferromagnetic phase grow with increasing $T_A$. Magnetic hyperfine and quadrupole interactions of $^{57}Fe_{0.02}Cu_{0.98}O$ ($T_A=500^{\circ}C$) in the antiferromagnetic state at 17 K have been studied, yielding the following results: $H_{hf}=426.94\;kOe$, ${\Delta}E_Q=-3.67\;mm/s$, I.S.=0.32 mm/s, ${\theta}=65^{\circ}$, ${\phi}=0^{\circ}$, and ${\eta}=0.6$.