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MOMBE 로 성장시킨 고유전물질 ($ZrO_2$)의 특성 연구 (Characteristic of high-K dielectric material(($ZrO_2$)grown by MOMBE)

  • 최우종;홍장혁;김두수;명재민
    • 한국재료학회:학술대회논문집
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    • 한국재료학회 2003년도 춘계학술발표강연 및 논문개요집
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    • pp.79-79
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    • 2003
  • 최근 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 능동소자에 사용되는 MOS-FET (Metal Oxide Semiconductror Field Effect Transitror)의 전체적인 크기 감소추세에 따라 금속 전극과 반도체 사이의 절연층 두께 감소가 요구되고 있다. 현재 보편적으로 사용되고 있는 SiO$_2$층은 두께 감소에 따른 터널링 전류의 증가로 더 이상의 두께 감소를 기대하기 어려운 상태이다. 이러한 배경에서 최근 터널링 전류를 충분히 감소시키면서 요구되는 절연특성을 얻을 수 있는 새로운 고유전 물질 (high-k dielectric material)에 대한 연구가 이루어지고 있다. 현재까지 연구되어온 고유전 물질 중, 고유전 상수, 큰 밴드갭, Si과의 열적 안정성을 갖는 물질로 ZrO$_2$가 주목을 받고 있다. 본 연구에서는 Metal Organic Molecular Beam Epitaxy (MOMBE) 방법을 이용한 ZrO$_2$ 층의 성장조건 및 특성을 평가하고자 한다.

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금속 유기 분자 빔 에피택시로 성장시킨 $ZrO_2$ 박막의 특성과 공정변수가 박막 성장률에 미치는 영향 (Characteristics and Processing Effects of $ZrO_2$ Thin Films grown by Metal-Organic Molecular Beam Epitaxy)

  • 김명석;고영돈;홍장혁;정민창;명재민;윤일구
    • 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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    • 한국전기전자재료학회 2003년도 하계학술대회 논문집 Vol.4 No.1
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    • pp.452-455
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    • 2003
  • [ $ZrO_2$ ] dielectric layers were grown on the p-type Si (100) substrate by metalorganic molecular beam epitaxy(MOMBE). Zrconium t-butoxide, $Zr(O{\cdot}t-C_4H_9)_4$ was used as a Zr precursor and Argon gas was used as a carrier gas. The thickness of the layers was measured by scanning electron microscopy (SEM) and the properties of the $ZrO_2$ layers were evaluated by X-ray diffraction, high frequency capacitance-voltage measurement. and HF C-V measurements have shown that $ZrO_2$ layer grown by MOMBE has a high dielectric constant (k=18-19). The growth rate is affected by various process variables such as substrate temperature, bubbler temperature, Ar, and $O_2$ gas flows.

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금속 유기 분자 빔 에피택시로 성장시킨 $HfO_2$ 박막의 특성과 공정변수가 박막의 성장 및 특성에 미치는 영향 (Characteristics and Processing Effects Of $HfO_2$ Thin Films grown by Metal-Organic Molecular Beam Epitaxy)

  • 김명석;고영돈;남태형;정민창;명재민;윤일구
    • 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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    • 한국전기전자재료학회 2004년도 하계학술대회 논문집 Vol.5 No.1
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    • pp.74-77
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    • 2004
  • [ $HfO_2$ ] dielectric layers were grown on the p-type Si(100) substrate by metalorganic molecular beam epitaxy(MOMBE). Hafnium $t-butoxide[Hf(O{\cdot}t-C_4H_9)_4]$ was used as a Hf precursor and Argon gas was used as a carrier gas. The thickness of the layers was measured by scanning electron microscopy (SEM) and high-resolution transmission electron measurement(HR-TEM). The properties of the $HfO_2$ layers were evaluated by X-ray diffraction(XRD), high frequency capacitance-voltage measurement(HF C-V), current-voltage measurement(I-V), and atomic force measurement(AFM). HF C-V measurements have shown that $HfO_2$ layer grown by MOMBE has a high dielectric constant(k=19-21). The properties of $HfO_2$ films are affected by various process variables such as substrate temperature, bubbler temperature, Ar, and $O_2$ gas flows. In this paper, we examined the relationship between the $O_2/Ar$ gas ratio and the electrical properties of $HfO_2$.

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Si (111) 기판 위에 다양한 AIN 완충층을 이용한 GaN 성장과 특성 비교 (Comparison of growth and properties of GaN with various AlN buffer layers on Si (111) substrate)

  • 신희연;이정욱;정성훈;유지범;양철웅
    • 한국진공학회지
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    • 제11권1호
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    • pp.50-58
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    • 2002
  • Si 기판 위에 GaN의 성장은 Si이 사파이어보다 값이 저렴하고, 기존의 Si의 직접회로 공정에 GaN를 쉽게 접목시킬 수 있는 측면에서 다양한 장점이 있다. 그러나, Si은 GaN와의 격자상수와 열팽창계수의 차이가 사파이어보다 크며, 이로 인해 격자부정합에 의한 여러 결함을 발생시킨다. 따라서, Si 기판 위에 고품질의 GaN를 얻기 위해서는 AlN과 같은 완충층을 사용하여 격자부정합에 의한 결함을 줄여야 한다. 본 연구에서는 Si (111) 기판 위에 MOCVD, 스퍼터링과 MOMBE의 3가지 방법으로 결정성이 다른 3가지 유형의 AlN 완충층을 얻은 후, MOCVD법으로 GaN를 증착시켜 각각의 성장특성을 비교하였다. AlN 완충층과 GaN의 격자결합, 완충층의 표면 거칠기가 격자결함에 미치는 영향, 결정성, 성장방향, 결함(공공, 적층결함, 전위) 등을 TEM, XRD를 이용해 비교 분석하였다. AlN완충층의 결정성은 GaN의 성장에 있어 매우 큰 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었다. 초기 성장과정에서 MOCVD과 MOMBE 법으로 성장시킨 AlN 완충층은 GaN 초기 성장에서 out-of-plane의 성장방향이 틀어지는 것을 감소시켜 주었다.

$HfO_2$ 박막의 전기적 특성에 대한 통계적 분석 (Statistical Analysis for Electrical Characteristics of $HfO_2$ Thin Films)

  • 이정환;권경은;고영돈;문태형;명재민;윤일구
    • 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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    • 한국전기전자재료학회 2005년도 하계학술대회 논문집 Vol.6
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    • pp.223-224
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    • 2005
  • In this paper, multiple regression analysis of the electrical characteristics for $HfO_2$ thin films grown by metal organic molecular beam epitaxy (MOMBE) was investigated. The electrical properties, such as, the accumulation capacitance and the hysteresis index, are the main factors to determine the characteristics of $HfO_2$ thin films. The input factors on the process are the substrate temperature, Ar gas flow, and $O_2$ gas flow. For statistical analysis, the design of experiments was carried out and the effect plots were used to analyze the manufacturing process. This methodology can predict the electrical characteristics of the thin film growth mechanism related to the process conditions.

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