• Journal of the Korean Magnetics Society
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• v.14 no.1
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• pp.13-17
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• 2004

We have investigated the effect of Hf insertion in the Al oxide tunnel barrier on the properties of magnetic tunnel junctions (MTJs). MTJs with Hf inserted barrier show the higher tunnel magnetoresistance (TMR) ratio and less temperature and bias voltage dependence of TMR than MTJs with a conventional Al$_2$O$_3$ barrier. The enhancement of TMR ratio and the reduction of the temperature and bias voltage dependence might be due to the reduction of defects in the barrier. Al-Hf oxide was formed by depositing Al and Hf simultaneously, and oxidizing the compound films. The TMR ratio of 36% was almost the same value as that with Hf inserted barrier. This implies that the inserted Hf layers mixed with Al layers during deposition or oxidation, and they might form Al Hf oxide barriers. This compound Al Hf oxide formation may be responsible to reduction of defect concentration which enhanced the TMR ratio and reduced temperature and bias-voltage dependence.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.191-192
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• 2010

높은 유전상수를 가지는 터널 장벽물질 들은 플래쉬메모리 및 나노 부유게이트 메모리 소자에서 터널의 두께 및 밴드갭 구조의 변형을 통하여 단일층의 $SiO_2$ 터널장벽에 비하여 동작속도를 향상시키고 누설전류를 줄이며 전하보존 특성을 높여줄 수 있다.[1-3] 본 연구에서는 $Al_2O_3/HfO/Al_2O_3$구조의 고 유전체 터널장벽을 사용하여 $WSi_2$ 나노입자를 가지게 되는 metal-oxide-semiconductor(MOS)구조의 커패시터를 제작하여 전기적인 특성을 확인하였다. p형 (100) Si기판 위에 $Al_2O_3/HfO/Al_2O_3$ (AHA)의 터널장벽구조를 원자층 단일 증착법을 이용하여 $350^{\circ}C$에서 각각 2 nm/1 nm/3 nm 두께로 증착시킨 다음, $WSi_2$ 나노입자를 제작하기 위하여 얇은 $WSi_2$ 박막을 마그네트론 스퍼터링법으로 3 - 4 nm의 두께로 증착시켰다. 그 후 $N_2$분위기에서 급속열처리 장치로 $900^{\circ}C$에서 1분간의 열처리과정을 통하여 AHA로 이루어진 터널 장벽위에 $WSi_2$ 나노입자들이 형성할 수 있었다. 그리고 초 고진공 마그네트론 스퍼터링장치로 $SiO_2$ 컨트롤 절연막을 20 nm 증착하고, 마지막으로 열 증기로 200 nm의 알루미늄 게이트 전극을 증착하여 소자를 완성하였다. 그림 1은 AHA 터널장벽을 이용한 $WSi_2$ 나노 부유게이트 커패시터 구조의 1-MHz 전기용량-전압 특성을 보여준다. 여기서, ${\pm}3\;V$에서 ${\pm}9\;V$까지 게이트전압을 점차적으로 증가시켰을 때 메모리창은 최대 4.6 V로 나타났다. 따라서 AHA의 고 유전체 터널층을 가지는 $WSi_2$ 나노입자 커패시터 구조가 차세대 비 휘발성 메모리로서 충분히 사용가능함을 보였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2005.02a
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• pp.61-61
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• 2005

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2003.02a
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• pp.199-199
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• 2003

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.25 no.1
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• pp.1-5
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• 2012

In this paper, matching characteristic of MIM (metal-insulator-metal) capacitor with $Al_2O_3/HfO_2/Al_2O_3$ (AHA) structure is analyzed. The floating gate capacitance measurement technique (FGMT) was used for analysis of matching characteristic of the MIM capacitors in depth. It was shown that matching coefficient of AHA MIM capacitor is 0.331%${\mu}m$ which is appropriate for application to analog/RF integrated circuits. It was also shown that the matching coefficient has a more strong dependence on the width than length of MIM capacitor.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• v.3 no.2
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• pp.76-82
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• 2003

The robust stack storage node and sufficient cell capacitance for high performance is indispensable for 90 nm DRAM capacitor. For the first time, we successfully demonstrated MIS capacitor process integration for 90 nm DRAM technology. Novel cell layout and integration technology of 90 nm DRAM capacitor is proposed and developed, and it can be extended to the next generation DRAM. Diamond-shaped OCS with 1.8 um stack height is newly developed for large capacitor area with better stability. Furthermore, the novel $Al_2O_3/HfO_2$ dielectric material with equivalent oxide thickness (EOT) of 25 ${\AA}$ is adopted for obtaining sufficient cell capacitance. The reliable cell capacitance and leakage current of MIS capacitor is obtained with ~26 fF/cell and < 1 fA/ceil by $Al_2O_3/HfO_2$ dielectric material, respectively.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.33 no.6
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• pp.433-438
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• 2020

To enhance the tunneling electroresistance (TER) ratio of a ferroelectric tunnel junction (FTJ) device using Al-doped HfO₂ thin films, a thin insulating layer was prepared on a TiN bottom electrode, for which TiN was preliminarily treated at various temperatures in O₂ ambient. The composition and thickness of the inserted insulating layer were optimized at 600℃ and 50 Torr, and the FTJ showed a high TER ratio of 430. During the heat treatments, a titanium oxide layer formed on the surface of TiN, that suppressed oxygen vacancy generation in the ferroelectric thin film. It was found that the fabricated FTJ device exhibits two distinct resistance states with higher tunneling currents by properly heat-treating the TiN bottom electrode of the HfO₂-based FTJ devices in O₂ ambient.

• Journal of the Semiconductor & Display Technology
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• v.9 no.3
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• pp.75-78
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• 2010

In this study we investigated the electrical properties of ZnO-based MOS capacitor with $HfO_2$ as the gate dielectric. MIM capacitor, which uses either $HfO_2$ or $Al_2O_3$ as the dielectric layer, is also studied to understand the dependency of the dielectrics on the preparation conditions. It was found that thinner $HfO_2$ films yield better electrical properties, namely lower leakage current and higher breakdown electric field. These properties were observed to deteriorate when subsequently annealed. Capacitance in the depletion region of MOS capacitor was found to increase with UV ozone treatment time up to 60min. However, when the treatment time was extended to 120min, the trend is reversed. The 'threshold voltage' was also observed to positively shift with UV ozone treatment time up to 60min. The shift apparently saturated for longer treatment.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.284-284
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• 2011

Ion sensitive field effect transistor (ISFET)는 용액 중의 각종 이온 농도를 측정하는 반도체 이온 센서이다. ISFET는 작은 소자 크기, 견고한 구조, 즉각적인 반응속도, 기존의 CMOS공정과 호환이 가능하다는 장점이 있다. ISFET의 기본 구조는 기존의 metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET)에서 고안되었으며, ISFET는 기존의 MOSFET의 게이트 전극 부분이 기준전극과 전해질로 대체되어진 구조를 가지고 있다. ISFET소자의 pH 감지 메커니즘은 감지막의 표면에서 pH용액의 수소이온이 막의 표면에 속박되어 표면전위의 변화를 유발하는 것에 기인한다. 그 결과, 수소이온의 농도에 따라 ISFET의 문턱전압의 변화를 일으키게 되고 드레인 전류의 양 또한 달라지게 된다. 한편, ISFET의 좋은 pH감지특성과 높은 출력특성을 얻기 위하여 high-k물질들이 감지막으로써 지속적으로 연구되어져 왔다. 그 중 Al2O3와 HfO2는 높은 유전상수와 좋은 pH 감지능력으로 인하여 많은 연구가 이루어져온 물질이다. 하지만 HfO2는 높은 유전상수를 갖음에도 불구하고 화학용액에 대한 non-ideal 효과에 취약하다는 보고가 있다. 반면에 Al2O3의 유전상수는 HfO2보다 작지만 화학용액으로 인한 손상에 대하여 강한 immunity가 있는 재료이다. 본 연구에서는, 이러한 각각의 high-k 물질들의 단점을 보안하기 위하여 SiO2/HfO2/Al2O3(OHA) 적층막을 이용한 ISFET pH 센서를 제작하였으며 SOI 기판에서 구현되었다. SOI기판에서 OHA 적층막을 이용한 ISFET 제작이 이루어짐에 따라서 소자의 signal to noise 비율을 증대 시킬것으로 기대된다. 실제로 SOI-ISFET와 같이 제작된 SOI-MOSFET는 1.8${\times}$1010의 높은 on/off 전류 비율을을 보였으며 65 mV/dec의 subthreshold swing 값을 갖음으로써, 우수한 전기적 특성을 보이는 ISFET가 제작이 되었음을 확인 하였다. OHA 감지 적층막의 각 층은 양호한 계면상태, 높은 출력특성, 화학용액에 대한non-ideal 효과에 강한 immunity을 위하여 적층되었다. 결론적으로 SOI과 OHA 적층감지막을 이용하여 우수한 pH 감지 특성을 보이는 pH 센서가 제작되었다.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.24 no.9
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• pp.710-712
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• 2011

In this study, we fabricate resistive switching random access memory (ReRAM) devices constructed with a Al/$HfO_2$/ITO structure on glass substrates and investigate their memory characteristics. The hafnium oxide thin film used as a resistive switching layer is sputtered at room temperature in a sputtering system with a cooling unit. The Al/$HfO_2$/ITO device exhibits bipolar resistive switching characteristics, and the ratio of the high resistance (HRS) to low resistance states (LRS) is more than 60. In addition, the resistance ratio maintains even after $10^4$ seconds.