• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.24 no.3
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• pp.7-11
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• 2017

In this paper, we have studied the characteristics of NAND Flash memory in SONOS Poly-Si Thin Film Transistor (Poly-Si TFT) device. Source/drain junctions(S/D) of cells were not implanted and selective transistors were located in the end of cells. We found the optimum conditions of process by means of the estimation for the doping concentration of channel and source/drain of selective transistor. As the doping concentration was increased, the channel current was increased and the characteristic of erase was improved. It was believed that the improvement of erase characteristic was probably due to the higher channel potential induced by GIDL current at the abrupt junction. In the condition of process optimum, program windows of threshold voltages were about 2.5V after writing and erasing. In addition, it was obtained that the swing value of poly Si TFT and the reliability by bake were enhanced by increasing process temperature of tunnel oxide.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.418-419
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• 2013

현재, 인듐 주석 산화물(indium tin oxide, ITO) 박막은 가시영역에서 전기적 특성 및 광학적 특성이 우수하기 때문에 평면 디스플레이(flat displays), 박막 트랜지스터(thin film transistors), 태양전지(solar cells) 등을 포함한 광소자에 투명전도성산화물(transparent conducting oxide, TCO) 전극으로 가장 일반적으로 사용되고 있다. 하지만, 이 물질은 밴드갭이 3.4 eV로 다소 작아 다양한 분야의 의료기기, 환경 보호에 응용 가능한 자외선 영역에서 상당히 많은 양의 광흡수가 발생하는 치명적인 문제점을 가지고 있다. 또한, 인듐(Indium)의 급속한 소비는 인듐의 매장량의 한계로 인해 가격을 상승시키는 주요한 원인으로 작용하고 있다. 한편, InGaN 기반의 자외선 발광다이오드 분야에서는 팔라듐(Pd) 기반의 반투명 전극과 은(Ag) 기반의 반사전극을 주로 사용하고 있지만, 낮은 투과도와 낮은 굴절률을 때문에 여전히 자외선 발광다이오드의 광추출 효율(extraction efficiency)에 문제점을 가지고 있다. 따라서 자외선 발광다이오드의 외부양자 효율(external quantum efficiency, EQE)을 높이기 위해 높은 투과도와 GaN와 유사한 굴절률을 가지는 p-형 오믹 전극을 개발해야 한다. 본 연구에서는 초박막의 ITO (16 nm)/Ag (7 nm)/ITO (16 nm) 다층 구조를 갖는 투명전도성 전극을 제작한 후, 열처리 온도에 따른 전기, 광학적 특성에 향상에 대해서 조사하였다. 사용된 산화물/금속/산화물 전극의 구조는 유기발광 다이오드(organic light emitting diode, OLED), 태양전지 등에 많이 사용되는 안정적인 투명 전극을 자외선 LED 소자에 처음 적용하여, ITO의 전체 사용량은 줄이고, ITO 사이에 금속을 삽임함으로써 금속에 의한 전기적 특성 향상과 플라즈몬 효과에 의한 투과도를 높일 수 있는 장점을 가지고 있다. 실험 결과로는, $400^{\circ}C$에서 열처리한 ITO/Ag/ITO 다층 구조는 365 nm에서 84%의 광학적 특성과 9.644 omh/sq의 전기적 특성을 확인하였다. 실험 결과로부터 좀 더 최적화를 수행하면, ITO/Ag/ITO 다층 구조는 자외선 발광다이오드의 투명전도성 전극으로 사용될 수 있을 것이라 기대된다.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.24 no.11
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• pp.900-904
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• 2011

In this paper, we investigated an anomalous hump phenomenon under the positive bias stress in p-type LTPS TFTs. The devices with inferior electrical performance also show larger hump phenomenon. which can be explained by the sub-channel induced from trapped electrons under thinner gate oxide region. We can confirm that the devices with larger hump have larger interface trap density ($D_{it}$) and grain boundary trap density ($N_{trap}$) extracted by low-high frequency capacitance method and Levinson-Proano method, respectively. From the C-V with I-V transfer characteristics, the trapped electrons causing hump seem to be generated particularly from the S/D and gate overlapped region. Based on these analysis, the major cause of an anomalous hump phenomenon under the positive bias stress in p-type poly-Si TFTs is explained by the GIDL occurring in the S/D and gate overlapped region and the traps existing in the channel edge region where the gate oxide becomes thinner, which can be inferred by the fact that the magnitude of the hump is dependent on the average trap densities.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2009.11a
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• pp.5-5
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• 2009

Thin-film-transistors (TFTs) that can be prepared at low temperatures have attracted much attention because of the great potential for transparent and flexible electronics. One of the mainstreams in this field is the use of organic semiconductors such as pentacene. But device performance of the organic TFTs is still limited due to low field-effect mobility and rapid degradation after exposing to air. Alternative approach is the use of amorphous oxide semiconductors as a channel. Amorphous oxide semiconductors (AOSs) based TFTs showed the fast technological development, because AOS films can be fabricated at room temperature and exhibit the possibility in application like flexible display, electronic paper, and larges solar cells. Among the various AOSs, a-IGZO has lots of advantages because it has high channel mobility, uniform surface roughness and good transparency. [1] The high mobility is attributed to the overlap of spherical s-orbital of the heavy post-transition metal cations. This study demonstrated the effect of the variation in channel thickness from 30nm to 200nm on the TFT device performance. When the thickness was increased, turn-on voltage and subthreshold swing was decreased. The a-IGZO channels and source/drain metals were deposited with shadow mask. The a-IGZO channel layer was deposited on $SiO_2$/p-Si substrates by RF magnetron sputtering, where RF power is 150W. And working pressure is 3m Torr, at $O_2/Ar$ (2/28 sccm) atmosphere. The electrodes were formed with electron-beam evaporated Ti (30 nm) and Au (70 nm) bilayer. Finally, Al (150nm) as a gate metal was thermal-evaporated. TFT devices were heat-treated in a furnace at 250 $^{\circ}C$ and nitrogen atmosphere for 1hour. The electrical properties of the TFTs were measured using a probe-station. The TFT with channel thickness of 150nm exhibits a good subthreshold swing (SS) of 0.72 V/decade and on-off ratio of $1{\times}10^8$. The field effect mobility and threshold voltage were evaluated as 7.2 and 8 V, respectively.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.348-348
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• 2014

차세대 디스플레이 구동 회로 소자를 위한 재료로서, Amorphous Oxide Semiconductor (AOS)가 주목받고 있다. AOS는 기존의 Amorphous Silicon과 비교하여 뛰어난 이동도를 가지고 있으며, 넓은 밴드 갭에 의한 투명한 광학적 특성을 가지고 있다. 이러한 장점을 이용하여, AOS 박막은 thin film transistor (TFT)의 active channel로 이용 되고 있다. 하지만, AOS를 이용한 TFT의 경우, 시간이 경과함에 따라 $O_2$ 및 $H_2O$ 흡착에 의해 전기적 특성이 변하는 현상이 있다. 이러한 현상은 소자의 신뢰성에 있어 중요한 문제가 된다. 이러한 문제를 연구하기 위해 본 논문에서는, AOS 박막을 이용하여 bottom 게이트형 TFT를 제작하였다. 이를 위해 먼저, p-type Si 위에 건식산화방식으로 $SiO_2$(100 nm)를 성장시켜 게이트 산화막으로 이용하였다. 그리고 Zn과 Sn이 1: 2의 조성비를 가진 ZnSnO (ZTO) 용액을 제조한 후, 게이트 산화막 위에 spin coating 하였다. Splin coating된 용액에 남아 있는 솔벤트를 제거하기 위해 10분 동안 $230^{\circ}C$로 열처리를 한 후, 포토리소그래피와 에칭 공정을 이용하여 ZTO active channel을 형성하였다. 그 후, 박막 내에 남아 있는 불순물을 제거하고 ZTO TFT의 전기적인 특성을 향상시키기 위하여, $600^{\circ}C$의 열처리를 30분 동안 진행 하여 junctionless형 TFT 제작을 완료 하였다. 제작된 소자의 시간 경과에 따른 열화를 확인하기 위하여, 대기 중에서 2시간마다 HP-4156B 장비를 이용하여 전기적인 특성을 확인 하였으며, 이러한 열화는 후처리 공정을 통하여 회복시킬 수 있었다. 열화의 회복을 위한 후처리 공정으로, 퍼니스를 이용한 고온에서의 열처리와 microwave를 이용하여 저온 처리를 이용하였다. 결과적으로, TFT는 소자가 제작된 이후, 시간에 경과함에 따라서 on/off ratio가 감소하여 열화되는 경향을 보여 주었다. 이러한 현상은, TFT 소자의 ZTO back-channel에 대기 중에 있는 $O_2$ 및 $H_2O$의 분자의 물리적인 흡착으로 인한 것으로 보인다. 그리고 추가적인 후처리 공정들에 통해서, 다시 on/off ratio가 회복 되는 현상을 확인 하였다. 이러한 추가적인 후처리 공정은, 열화된 소자에 퍼니스에 의한 고온에서의 장시간 열처리, microwave를 이용한 저온에서 장시간 열처리, 그리고 microwave를 이용한 저온에서의 단 시간 처리를 수행 하였으며, 모든 소자에서 성공적으로 열화 되었던 전기적 특성이 회복됨을 확인 할 수 있었다. 이러한 결과는, 저온임에도 불구하고, microwave를 이용함으로 인하여, 물리적으로 흡착된 $O_2$ 및 $H_2O$가 짧은 시간 안에 ZTO TFT의 back-channel로부터 탈착이 가능함과 동시에 소자의 특성을 회복 가능 함 의미한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.263-263
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• 2016

최근 반도체 시장에서는 저비용으로 고성능 박막 트랜지스터(TFT)를 제작하기 위한 다양한 기술들이 연구되고 있다. 먼저, 재료적인 측면에서는 비정질 상태에서도 높은 이동도와 가시광선 영역에서 투명한 특성을 가지는 산화물 반도체가 기존의 비정질 실리콘이나 저온 폴리실리콘을 대체하여 차세대 디스플레이의 구동소자용 재료로 많은 주목받고 있다. 또한, 공정적인 측면에서는 기존의 진공장비를 이용하는 PVD나 CVD가 아닌 대기압 상태에서 이루어지는 용액 공정이 저비용 및 대면적화에 유리하고 프리커서의 제조와 박막의 증착이 간단하다는 장점을 가지기 때문에 활발한 연구가 이루어지고 있다. 특히 산화물 반도체 중에서도 indium-gallium-zinc oxide (IGZO)는 비교적 뛰어난 이동도와 안정성을 나타내기 때문에 많은 연구가 진행되고 있지만, 산화물 반도체 기반의 박막 트랜지스터가 가지는 문제점 중의 하나인 문턱전압의 불안정성으로 인하여 상용화에 어려움을 겪고 있다. 따라서, 본 연구에서는 기존의 산화물 반도체의 불안정한 문턱전압의 문제점을 해결하기 위해 마이크로웨이브 열처리를 적용하였다. 또한, 기존의 IGZO에서 suppressor 역할을 하는 값비싼 갈륨(Ga) 대신, 저렴한 지르코늄(Zr)과 하프늄(Hf)을 각각 적용시켜 용액 공정 기반의 Zr-In-Zn-O (ZIZO) 및 Hf-In-Zn-O (HIZO) TFT를 제작하여 시간에 따른 문턱 전압의 변화를 비교 및 분석하였다. TFT 소자는 p-Si 위에 습식산화를 통하여 100 nm 두께의 $SiO_2$가 열적으로 성장된 기판 위에 제작되었다. 표준 RCA 세정을 진행하여 표면의 오염 및 자연 산화막을 제거한 후, Ga, Zr, Hf 각각 suppressor로 사용한 IGZO, ZIZO, HIZO 프리커서를 이용하여 박막을 형성시켰다. 그 후 소스/드레인 전극 형성을 위해 e-beam evaporator를 이용하여 Ti/Al을 5/120 nm의 두께로 증착하였다. 마지막으로, 후속 열처리로써 마이크로웨이브와 퍼니스 열처리를 진행하였다. 그 결과, 기존의 퍼니스 열처리와 비교하여 마이크로웨이브 열처리된 IGZO, ZIZO 및 HIZO 박막 트랜지스터는 모두 뛰어난 안정성을 나타냄을 확인하였다. 결론적으로, 본 연구에서 제안된 마이크로웨이브 열처리된 용액공정 기반의 ZIZO와 HIZO 박막 트랜지스터는 추후 디스플레이 산업에서 IGZO 박막 트랜지스터를 대체할 수 있는 저비용 고성능 트랜지스터로 적용될 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.347.1-347.1
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• 2014

최근, 박막 트랜지스터는 빠른 동작 속도, 낮은 공정비용 그리고 저온공정 등의 특성을 필요로 하고 있다. 그 중 indium-zinc oxide (InZnO)는 높은 전기적 특성, 높은 광 투과도 그리고 우수한 안정성 때문에 기존의 반도체를 대체할 수 있을 것으로 기대된다. InZnO의 경우 indium과 zinc의 조성비에 따라 특성 변화의 차이가 크기 때문에 다양한 조성비에 대한 연구가 보고되고 있는데, 기존의 InZnO 박막을 증착하는 방법의 경우에 조성비의 변화 과정에 많은 공정상의 어려움이 있다. 이 같은 문제점 때문에 조성비의 변화를 용이하게 할 수 있는 용액공정을 이용한 연구가 진행되고 있다. 또한 용액공정은 높은 균일성, 공정 시간 및 비용 감소 그리고 대면적화가 가능한 장점을 가지고 있다. 한편, 용액공정을 기반으로 한 InZnO의 경우에 용액 상태에서 고체 상태의 순수한 금속 산화물 상태로 바꾸기 위해 post-treatment 가 필요하다. 일반적으로 furnace 열처리 방법을 사용하는데, 이 경우 낮은 열효율 및 고비용 등의 문제점을 가지고 있다. 특히 glass 또는 flexible 기판의 경우 열처리 온도에 대한 제약이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위한 방법으로 최근에 microwave irradiation를 이용한 저온 post-treatment 방법이 보고되고 있다. Microwave irradiation는 짧은 공정시간 및 열 균일성 등의 장점이 있다. 따라서 본 연구에서는 다양한 indium과 zinc의 조성비를 갖는 용액을 제작한 후 spin coating을 이용하여 증착한 InZnO 기반의 박막 트랜지스터를 제작하였다. Furnace와 microwave 방식으로 post-treatment 하여 비교 평가한 결과 microwave irradiation 한 경우 furnace 열처리 한 경우 보다 더 안정된 동작 전압을 가지는 것으로 나타났다. 따라서 저온공정이 가능한 microwave irradiation 방법으로 post-treatment 한다면 차세대 산화물 반도체로서의 적용이 가능할 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.100-100
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• 2011

2004년 일본의 Hosono 그룹에 의해 처음 발표된 이래로, amorphous gallium-indium-zinc oxide (a-GIZO) thin film transistors (TFTs)는 높은 이동도와 뛰어난 전기적, 광학적 특성에 의해 큰 주목을 받고 있다. 또한 넓은 밴드갭을 가지므로 가시광 영역에서 투명한 특성을 보이고, 플라스틱 기판 위에서 구부러지는 성질에 의해 플랫 패널 디스플레이나 능동 유기 발광 소자(AM-OLED), 투명 디스플레이에 응용될 뿐만 아니라, 일반적인 Poly-Si TFT에 비해 백플레인의 대면적화에 유리하다는 장점이 있다. 최근에는 Y2O3나 ZrO2 등의 high-k 물질을 gate insulator로 이용하여 높은 캐패시턴스를 유지함과 동시에 낮은 구동 전압과 빠른 스위칭 특성을 가지는 a-GIZO TFT의 연구 결과가 보고되었다. 하지만 투명 디스플레이 소자 제작을 위해 플라스틱이나 유리 기판을 사용할 경우, 기판 특성상 공정 온도에 제약이 따르고(약 $300^{\circ}C$ 이하), 이를 극복하기 위한 부가적인 기술이 필수적이다. 본 연구에서는 p-type Si을 back gate로 하는 Inverted-staggered 구조의 a-GIZO TFT소자를 제작 하였다. p-type Si (100) 기판위에 RF magnetron sputtering을 이용하여 Gate insulator를 증착하고, 같은 방법으로 채널층인 a-GIZO를 70 nm 증착하였다. a-GIZO를 증착하기 위한 sputtering 조건으로는 100W의 RF power와 6 mTorr의 working pressure, 30 sccm Ar 분위기에서 증착하였다. 소스/드레인 전극은 e-beam evaporation을 이용하여 Al을 150 nm 증착하였다. 채널 폭은 80 um 이고, 채널 길이는 각각 20 um, 10 um, 5 um, 2 um이다. 마지막으로 Furnace를 이용하여 N2 분위기에서 $500^{\circ}C$로 30분간 후속 열처리를 실시한 후에, 전기적 특성을 분석하였다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2012.05a
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• pp.60.2-60.2
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• 2012

기술의 발전이 비약적으로 성장하면서, 소비자의 요구는 빠르게 변하고 있다. 전자 소자를 응용한 제품 시장은 매해를 거듭할 수록 빠른 속도로 성능을 향상시키고 있다. 이에 따라 디스플레이 시장에서 가장 큰 관심은 작은 화면에서도 높은 해상도를 요구하고, 수광형의 구동방식이 아닌 능동형 구동방식을 갖는 AMOLED (Active Matrix Organic Light Emitted Diode)를 선호하고 있으며, 빠른 응답속도 기반을 갖는 표시소자를 요구하고 있다. 제품 생산자들의 고민은 기존의 비정질 실리콘 기반의 LCD (Liquid crystal display) 구동소자와 공정을 이용하여 소비자의 욕구에 접근하기가 점점 어려워지고 있다. 최근 이러한 문제점을 해결하고자 하는 노력들중에서 산화물 반도체 재료와 이를 이용한 박막 트랜지스터 개발이 큰 관심을 갖고 있다. 최근 InGaZnO 산화물 반도체 재료는 기존의 비정질 실리콘 반도체 재료 보다 높은 전계 이동도(> $10cm^2/V.s$)를 보이고 있으며, 비정질 실리콘 박막 트랜지스터의 구조에서 산화물 반도체 재료의 대체만으로 효과가 보일 수 있어서 큰 연구가 진행되어져 왔다. 하지만, InGaZnO 산화물 박막 트랜지스터에 대한 소자를 AMOLED에 적용할 때, 기존의 LTPS (low temperature poly-slicon)에서는 발견되지 않았던 소자의 전계신뢰성과 이동도 한계가 문제로 제기되었다. 또한, Indium이라는 희소원소의 사용은 향후 공정 단가와 희소 물질에 대한 위협등에 의하여 새로운 산화물 반도체 재료에 대한 요구와 관심이 발생하고 있다. 본 발표에서는 기존의 산화물 반도체 재료에 대한 차세대 디스플레이인 AMOLED와 유연 디스플레이에 대한 응용 가능성을 발표할 예정이다. 또한 산화물 반도체 재료의 신뢰성 문제에 대한 해결방법으로 신규 산화물 반도체 재료에 대한 연구 방향과 indium-free 계열을 이용한 저원가 산화물 반도체 연구에 대하여 소개할 예정이다. 앞으로 산화물 반도체 재료에 대한 연구와 응용은 기존의 실리콘 반도체 틀을 벗어난 새로운 응용분야를 열어줄 수 있을 것으로 기대하고 있으며, 그 기대에 대한 몇가지 예를 통하여 재료와 소자의 응용 가능성을 논의할 예정이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.362-362
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• 2014

Atomic layer deposition (ALD) can be regarded as a special variation of the chemical vapor deposition method for reducing film thickness. ALD is based on sequential self-limiting reactions from the gas phase to produce thin films and over-layers in the nanometer scale with perfect conformality and process controllability. These characteristics make ALD an important film deposition technique for nanoelectronics. Tantalum pentoxide ($Ta_2O_5$) has a number of applications in optics and electronics due to its superior properties, such as thermal and chemical stability, high refractive index (>2.0), low absorption in near-UV to IR regions, and high-k. In particular, the dielectric constant of amorphous $Ta_2O_5$ is typically close to 25. Accordingly, $Ta_2O_5$ has been extensively studied in various electronics such as metal oxide semiconductor field-effect transistors (FET), organic FET, dynamic random access memories (RAM), resistance RAM, etc. In this experiment, the variations of chemical and interfacial state during the growth of $Ta_2O_5$ films on the Si substrate by ALD was investigated using in-situ synchrotron radiation photoemission spectroscopy. A newly synthesized liquid precursor $Ta(N^tBu)(dmamp)_2$ Me was used as the metal precursor, with Ar as a purging gas and $H_2O$ as the oxidant source. The core-level spectra of Si 2p, Ta 4f, and O 1s revealed that Ta suboxide and Si dioxide were formed at the initial stages of $Ta_2O_5$ growth. However, the Ta suboxide states almost disappeared as the ALD cycles progressed. Consequently, the $Ta^{5+}$ state, which corresponds with the stoichiometric $Ta_2O_5$, only appeared after 4.0 cycles. Additionally, tantalum silicide was not detected at the interfacial states between $Ta_2O_5$ and Si. The measured valence band offset value between $Ta_2O_5$ and the Si substrate was 3.08 eV after 2.5 cycles.