• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.17 no.1
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• pp.21-26
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• 2004

Ultra-thin silicon dioxides were grown on p-type(100) oriented silicon employing rapid thermal dry oxidation technique at the temperature range of 850∼1050 $^{\circ}C$. The growth rate of the ultra-thin film was fitted well with tile model which was proposed recently by da Silva ＆ Stosic. The capacitance-voltage, current-voltage, characteristics were used to study the electrical properties of these thin oxides. The minimum interface state density around the midgap of the MOS capacitor having oxide thickness of 111.6 $\AA$ derived from the C-V curve was ranged from 6 to 10${\times}$10$^{10}$ /$\textrm{cm}^2$eV.

• Transactions on Electrical and Electronic Materials
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• v.13 no.3
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• pp.162-164
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• 2012

In this study, we fabricate Pt nanoparticle (NP)-embedded MOS capacitors at room temperature and investigate their memory characteristics. The Pt NPs are separated from each other and situated between the tunnel and control oxide layers. The average size and density of the Pt NPs are 4 nm and $3.2{\times}10^{12}cm^{-2}$, respectively. Counterclockwise hysteresis with a width of 3.3 V is observed in the high-frequency capacitance-voltage curve of the Pt NP-embedded MOS capacitor. Moreover, more than 93% of the charge remains even after $10^4$ s.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.11a
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• pp.128-129
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• 2008

The annealing effects of $SiO_2/Si_3N_4$ stacked tunneling dielectrics were investigated. I-V characteristics of band gap engineered tunneling gate stacks consisted of $Si_3N_4/SiO_2/Si_3N_4$(NON), $SiO_2/Si_3N_4/SiO_2$(ONO) dielectrics were evaluated and compared with $SiO_2$ single layer using the MOS(Metal-Oxide-Semiconductor) capacitor structure. The leakage currents of engineered tunneling barriers (ONO, NON stacks) are lower than that of the conventional $SiO_2$ single layer at low electrical field. Meanwhile, the engineered tunneling barriers have larger tunneling current at high electrical field and improved electrical characteristics by annealing processes than $SiO_2$ layer.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.310-310
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• 2016

최근 NAND flash memory는 높은 집적성과 데이터의 비휘발성, 낮은 소비전력, 간단한 입, 출력 등의 장점들로 인해 핸드폰, MP3, USB 등의 휴대용 저장 장치 및 노트북 시장에서 많이 이용되어 왔다. 특히, 최근에는 smart watch, wearable device등과 같은 차세대 디스플레이 소자에 대한 관심이 증가함에 따라 유연하고 투명한 메모리 소자에 대한 연구가 다양하게 진행되고 있다. 대표적인 플래시 메모리 소자의 구조로 charge trapping type flash memory (CTF)가 있다. CTF 메모리 소자는 trap layer의 trap site를 이용하여 메모리 동작을 하는 소자이다. 하지만 작은 window의 크기, trap site의 열화로 인해 메모리 특성이 나빠지는 문제점 등이 있다. 따라서 최근, trap layer에 다양한 물질을 적용하여 CTF 소자의 문제점을 해결하고자 하는 연구들이 진행되고 있다. 특히, 산화물 반도체인 zinc oxide (ZnO)를 trap layer로 하는 CTF 메모리 소자가 최근 몇몇 보고 되었다. 산화물 반도체인 ZnO는 n-type 반도체이며, shallow와 deep trap site를 동시에 가지고 있는 독특한 물질이다. 이 특성으로 인해 메모리 소자의 programming 시에는 deep trap site에 charging이 일어나고, erasing 시에는 shallow trap site에 캐리어들이 쉽게 공급되면서 deep trap site에 갇혀있던 charge가 쉽게 de-trapped 된다는 장점을 가지고 있다. 따라서, 본 실험에서는 산화물 반도체인 ZnO를 trap layer로 하는 CTF 소자의 메모리 특성을 확인하기 위해 간단한 구조인 metal-oxide capacitor (MOSCAP)구조로 제작하여 메모리 특성을 평가하였다. 먼저, RCA cleaning 처리된 n-Si bulk 기판 위에 tunnel layer인 SiO2 5 nm를 rf sputter로 증착한 후 furnace 장비를 이용하여 forming gas annealing을 $450^{\circ}C$에서 실시하였다. 그 후 ZnO를 20 nm, SiO2를 30 nm rf sputter로 증착한 후, 상부전극을 E-beam evaporator 장비를 사용하여 Al 150 nm를 증착하였다. 제작된 소자의 신뢰성 및 내구성 평가를 위해 상온에서 retention과 endurance 측정을 진행하였다. 상온에서의 endurance 측정결과 1000 cycles에서 약 19.08%의 charge loss를 보였으며, Retention 측정결과, 10년 후 약 33.57%의 charge loss를 보여 좋은 메모리 특성을 가지는 것을 확인하였다. 본 실험 결과를 바탕으로, 차세대 메모리 시장에서 trap layer 물질로 산화물 반도체를 사용하는 CTF의 연구 및 계발, 활용가치가 높을 것으로 기대된다.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.22 no.5
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• pp.386-389
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• 2009

The electrical characteristics and annealing effects of tunneling dielectrics stacked with $SiO_2$ and $Si_{3}N_{4}$ were investigated. I-V characteristics of band gap engineered tunneling gate stacks consisted of $Si_{3}N_{4}/SiO_2/Si_{3}N_{4}$ (NON), $SiO_2/Si_{3}N_{4}/SiO_2$ (ONO) dielectrics were evaluated and compared with $SiO_2$ single layer using the MOS (metal-oxide-semiconductor) capacitor structure. The leakage currents of engineered tunneling barriers (ONO, NON stacks) are lower than that of the conventional $SiO_2$ single layer at low electrical field. Meanwhile, the engineered tunneling barriers have larger tunneling current at high electrical field. Furthermore, the increased tunneling current through engineered tunneling barriers related to high speed operation can be achieved by annealing processes.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.388-388
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• 2012

In this letter, We have investigated cell characteristics of the alloy FePt-NDs charge trapping memory capacitors with high-k $Al_2O_3$ dielectrics as a blocking oxide. The capacitance versus voltage (C-V) curves obtained from a representative MOS capacitor embedded with FePt-NDs synthesized by the post deposition annealing (PDA) treatment process exhibit the window of flat-band voltage shift, which indicates the presence of charge storages in the FePt-NDs. It is shown that NDs memory with high-k $Al_2O_3$ as a blocking oxide has performance in large memory window and low leakage current when the diameter of ND is below 2 nm. Moreover, high-k $Al_2O_3$ as a blocking oxide increases the electric field across the tunnel oxide, while reducing the electric field across the blocking layer. From this result, this device can achieve lower P/E voltage and lower leakage current. As a result, a FePt-NDs device with high-k $Al_2O_3$ as a blocking oxide obtained a~7V reduction in the programming voltages with 7.8 V memory.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.240-240
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• 2010

A multiple alloy metal nano-dots memory using FN tunneling was investigated in order to confirm its structural possibility for future flash memory. In this work, a multiple FePt nano-dots device with a high work function (~5.2 eV) and extremely high dot density (${\sim}\;1.2{\times}10^{13}/cm^2$) was fabricated. Its structural effect for multiple layers was evaluated and compared to one with a single layer in terms of the cell characteristics and reliability. We confirm that MOS capacitor structures with 2-4 multiple FePt nano-dot layers provide a larger threshold voltage window and better retention characteristics. Furthermore, it was also revealed that several process parameters for block oxide and inter-tunnel oxide between the nano-dot layers are very important to improve the efficiency of electron injection into multiple nano-dots. From these results, it is expected that a multiple FePt nano-dots memory using Fowler-Nordheim (FN)-tunneling could be a candidate structure for future flash memory.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.261-261
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• 2016

플래시 메모리 (flash memory)는 DRAM(dynamic racdom access memory)이나 SRAM(static random access memory)에 비해 소자의 구조가 매우 단순하기 때문에 집적도가 높아서 기기의 소형화가 가능하다는 점과 제조비용이 낮다는 장점을 가지고 있다. 또한, 전원을 차단하면 정보가 사라지는 DRAM이나 SRAM과 달리 전원이 꺼지더라도 저장된 정보가 지워지지 않는다는 특징을 가지고 있어서 ROM(read only memory)과 정보의 입출력이 자유로운 RAM의 장점을 동시에 가지기 때문에 활용도가 크다. 또한, 속도가 빠르고 소비전력이 작아서 USB 드라이브, 디지털 TV, 디지털 캠코더, 디지털 카메라, 휴대전화, 개인용 휴대단말기, 게임기 및 MP3 플레이어 등에 널리 사용되고 있다. 특히, 낸드(NAND)형의 플래시 메모리는 고집적이 가능하며 하드디스크를 대체할 수 있어 고집적 음성이나 화상 등의 저장용으로 많이 쓰이며 일정량의 정보를 저장해두고 작업해야 하는 휴대형 기기에도 적합하며 가격도 노어(NOR)형에 비해 저렴하다는 장점을 가진다. 최근에는 smart watch, wearable device 등과 같은 차세대 디스플레이 소자에 대한 관심이 증가함에 따라 투명하고 유연한 메모리 소자에 대한 연구가 다양하게 진행되고 있으며 유리나 플라스틱과 같은 기판 위에서 투명한 플래시 메모리를 형성하는 기술에 대한 관심이 높아지고 있다. 전하트랩형 (charge trap type) 플래시 메모리는 플로팅 게이트형 플래시 메모리와는 다르게 정보를 절연막 층에 저장하므로 인접 셀간의 간섭이나 소자의 크기를 줄일 수 있기 때문에 투명하고 유연한 메모리 소자에 적용이 가능한 차세대 플래시 메모리로 기대되고 있다. 전하트랩형 플래시메모리는 정보를 저장하기 위하여 tunneling layer, trap layer, blocking layer의 3층으로 이루어진 게이트 절연막을 가진다. 전하트랩 플래시 메모리는 게이트 전압에 따라서 채널의 전자가 tunnel layer를 통해 trap layer에 주입되어 정보를 기억하게 되는데, trap layer에 주입된 전자가 다시 채널로 빠져나가는 charge loss 현상이 큰 문제점으로 지적된다. 따라서 tunnel layer의 막질향상을 위한 다양한 열처리 방법들이 제시되고 있으며, 기존의 CTA (conventional thermal annealing) 방식은 상대적으로 높은 온도와 긴 열처리 시간을 가지고, RTA (rapid thermal annealing) 방식은 매우 높은 열처리 온도를 필요로 하기 때문에 플라스틱, 유리와 같은 다양한 기판에 적용이 어렵다. 따라서 본 연구에서는 기존의 열처리 방식보다 에너지 전달 효율이 높고, 저온공정 및 열처리 시간을 단축시킬 수 있는 마이크로웨이브 열처리(microwave irradiation, MWI)를 도입하였다. Tunneling layer, trap layer, blocking layer를 가지는 MOS capacitor 구조의 전하트랩형 플래시 메모리를 제작하여 CTA, RTA, MWI 처리를 실시한 다음, 전기적 특성을 평가하였다. 그 결과, 마이크로웨이브 열처리를 실시한 메모리 소자는 CTA 처리한 소자와 거의 동등한 정도의 우수한 전기적인 특성을 나타내는 것을 확인하였다. 따라서, MWI를 이용하면 tunnel layer의 막질을 향상시킬 뿐만 아니라, thermal budget을 크게 줄일 수 있어 차세대 투명하고 유연한 메모리 소자 제작에 큰 기여를 할 것으로 예상한다.