• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2011.05a
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• pp.41.2-41.2
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• 2011

Recently, scaling down of ULSI (Ultra Large Scale Integration) circuit of CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) based electronic devices become much faster speed and smaller size than ever before. However, very narrow interconnect line width causes some drawbacks. For example, deposition of conformal and thin barrier is not easy moreover metallization process needs deposition of diffusion barrier and glue layer. Therefore, there is not enough space for copper filling process. In order to overcome these negative effects, simple process of copper metallization is required. In this research, Cu-V thin alloy film was formed by using RF magnetron sputter deposition system. Cu-V alloy film was deposited on the plane $SiO_2$/Si bi-layer substrate with smooth and uniform surface. Cu-V film thickness was about 50 nm. Cu-V layer was deposited at RT, 100, 150, 200, and $250^{\circ}C$. XRD, AFM, Hall measurement system, and XPS were used to analyze Cu-V thin film. For the barrier formation, Cu-V film was annealed at 200, 300, 400, 500, and $600^{\circ}C$ (1 hour). As a result, V-based thin interlayer between Cu-V film and $SiO_2$ dielectric layer was formed by itself with annealing. Thin interlayer was confirmed by TEM (Transmission Electron Microscope) analysis. Barrier thermal stability was tested with I-V (for measuring leakage current) and XRD analysis after 300, 400, 500, 600, and $700^{\circ}C$ (12 hour) annealing. With this research, over $500^{\circ}C$ annealed barrier has large leakage current. However V-based diffusion barrier annealed at $400^{\circ}C$ has good thermal stability. Thus, thermal stability of vanadium-based thin interlayer as diffusion barrier is good for copper interconnection.

• The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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• v.26 no.9
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• pp.798-805
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• 2015

This paper proposes Relaxation Oscillator with Random Number Generator to minimize electromagnetic interference (EMI) noise. DC-DC Converter with Relaxation Oscillator is presented how much spurious noise effects to RF Receiver system. The main frequency of the proposed Relaxation oscillator is 7.9 MHz to operate it and add temperature compensation block to be applied to the frequency compensation in response to temperature changes. The DC-DC Converter Spurious noise is reduced up to 20 dB through changing frequency randomly. It is fabricated in $0.18{\mu}m$ CMOS technology. The active area occupies an area of $220{\mu}m{\times}280{\mu}m$. The supply voltage is 1.8 V and current consumption is $500{\mu}A$.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.456-456
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• 2010

CMOS 소자가 서브마이크론($0.1\;{\mu}m$) 이하로 스케일다운 되면서 단채널 효과(short channel effect), 게이트 산화막(gate oxide)의 누설전류(leakage current)의 증가와 높은 직렬저항(series resistance) 등의 문제가 발생한다. CMOS 소자의 구동전류(drive current)를 높이고, 단채널 효과를 줄이기 위한 가장 효율적인 방법은 소스 및 드레인의 얕은 접합(shallow junction) 형성과 직렬 저항을 줄이는 것이다. 플라즈마 도핑 방법은 플라즈마 밀도 컨트롤, 주입 바이어스 전압 조절 등을 통해 저 에너지 이온주입법보다 기판 손상 및 표면 결함의 생성을 억제하면서 고농도로 얕은 접합을 형성할 수 있다. 그리고 얕은 접합을 형성하기 위해 주입된 불순물의 활성화와 확산을 위해 후속 열처리 공정은 높은 온도에서 짧은 시간 열처리하여 불순물 물질의 활성화를 높여주면서 열처리로 인한 접합 깊이를 얕게 해야 한다. 그러나 접합의 깊이가 줄어듦에 따라서 소스 및 드레인의 표면 저항(sheet resistance)과 접촉저항(contact resistance)이 급격하게 증가하는 문제점이 있다. 이러한 표면저항과 접촉저항을 줄이기 위한 방안으로 실리사이드 박막(silicide thin film)을 형성하는 방법이 사용되고 있다. 본 논문에서는 (100) p-type 웨이퍼 He(90 %) 가스로 희석된 $PH_3$(10 %) 가스를 사용하여 플라즈마 도핑을 실시하였다. 10 mTorr의 압력에서 200 W RF 파워를 인가하여 플라즈마를 생성하였고 도핑은 바이어스 전압 -1 kV에서 60 초 동안 실시하였다. 얕은 접합을 형성하기 위한 불순물의 활성화는 ArF(193 nm) excimer laser를 통해 $460\;mJ/cm^2$의 에니지로 열처리를 실시하였다. 그리고 낮은 접촉비저항과 표면저항을 얻기 위해 metal sputter를 통해 TiN/Ti를 $800/400\;{\AA}$ 증착하고 metal RTP를 사용하여 실리사이드 형성 온도를 $650{\sim}800^{\circ}C$까지 60 초 동안 열처리를 실시하여 $TiSi_2$ 박막을 형성하였다. 그리고 $TiSi_2$의 두께를 측정하기 위해 TEM(Transmission Electron Microscopy)을 측정하였다. 화학적 결합상태를 분석하기 위해 XPS(X-ray photoelectronic)와 XRD(X-ray diffraction)를 측정하였다. 접촉비저항, 접촉저항과 표면저항을 분석하기 위해 TLM(Transfer Length Method) 패턴을 제작하여 I-V 특성을 측정하였다. TEM 측정결과 $TiSi_2$의 두께는 약 $580{\AA}$ 정도이고 morphology는 안정적이고 실리사이드 집괴 현상은 발견되지 않았다. XPS와 XRD 분석결과 실리사이드 형성 온도가 $700^{\circ}C$에서 C54 형태의 $TiSi_2$ 박막이 형성되었고 가장 낮은 접촉비저항과 접촉저항 값을 가진다.

• IEIE Transactions on Smart Processing and Computing
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• v.5 no.3
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• pp.164-168
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• 2016

A low insertion-loss, high-isolation switch based on single pole double throw (SPDT) for a 2.4GHz Bluetooth low-energy transceiver is presented in this paper. In order to increase isolation, the body floating technique is implemented. Based on characteristics whereby the ratio of the sizes of the shunt and the series transistors significantly affect the performance of the switches, the device sizes are optimized. A simple matching network is also designed to enhance the insertion loss. Thus, the SPDT switch has high isolation and low insertion loss without increasing the complexity of the circuit. The proposed SPDT is designed and simulated in a complementary metal-oxide semiconductor 65nm process. The switch has a $530{\mu}m{\times}270{\mu}m$ area and achieves 0.9dB, 1.78dB insertion loss and 40dB, 41dB isolation of transmission, reception modes, respectively.

• Journal of electromagnetic engineering and science
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• v.4 no.4
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• pp.143-149
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• 2004

This paper describes characteristics of the single-balanced low IF resistive FET mixer for the digital beam forming(DBF) receiver. This DBF receiver based on the direct conversion method is designed with Low IF I and Q channel. A radio frequency(RF), a local oscillator(LO) and an intermediate frequency(IF) considered in this research are 1950 MHz, 1940 MHz and 10 MHz, respectively. Super low noise HJ FET of NE3210S01 is considered in design. The measured results of the proposed mixer are observed IF output power of -22.8 dBm without spurious signal at 10 MHz, conversion loss of -12.8 dB, isolation characteristics of -20 dB below, 1 dB gain compression point(PldB) of -3.9 dBm, input third order intercept point(IIP3) of 20 dBm, output third order intercept point(OIP3) of 4 dBm and dynamic range of 30 dBm. The proposed mixer has 1.0 dB higher IIP3 than previously published single-balanced resistive and GaAs FET mixers, and has 3.0 dB higher IIP3 and 4.3 dB higher PldB than CMOS mixers. This mixer was fabricated on 0.7874 mm thick microstrip $substrate(\varepsilon_r=2.5)$ and the total size is $123.1\;mm\times107.6\;mm$.

• Journal of Electrical Engineering and Technology
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• v.6 no.6
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• pp.817-823
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• 2011

This paper introduces an efficient voltage multiplier circuit for improved voltage gain and power efficiency of radio frequency identification (RFID) tags. The multiplier is fully integratable and takes advantage of both passive and active circuits to reduce the required input power while yielding the desired DC voltage. A six-stage voltage multiplier and an ultralow power voltage regulator are designed in a 0.13 ${\mu}m$ complementary metal-oxide semiconductor process for 2.45 GHz RFID applications. The minimum required input power for a 1.2 V supply voltage in the case of a 50 ${\Omega}$ antenna is -20.45 dBm. The efficiency is 15.95% for a 1 $M{\Omega}$ load. The regulator consumes 129 nW DC power and maintains the reference voltage in a 1.1% range with $V_{dd}$ varying from 0.8 to 2 V. The power supply noise rejection of the regulator is 42 dB near a 2.45 GHz frequency and performs better than -32 dB from 100 Hz to 10 GHz frequencies.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2006.11a
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• pp.247-248
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• 2006

Carbon nitride films were evaluated that they had many advantages for miniature micro-humidity-sensors using the standard CMOS technology humidity sensing properties and CV characteristics of the carbon nitride films have been investigated for fabricating one chip HUSFET(Humidity Sensitive Field Effect Transistor) humidity sensors Carbon nitride films were deposited on silicon substrate with meshed electrodes by reactive RF magnetron sputtering system. The capacitor-type humidity sensor revealed good humidity-impedance characteristics with a wide range of relative humidity changes, decreasing $254k{\Omega}$ to $16k{\Omega}$ according to increase of relative humidity between 5% ~ 95% and the films were very stable on the Si wafer. These results reveal that $CN_x$ thin films can be used for Si based or HUSFET structure one chip micro-humidity sensors.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2007.04a
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• pp.267-269
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• 2007

PLL(Phase Locked Loop) are widely used circuit technique in modern electronic systems. In this paper, We propose the low voltage and high speed PLL. We design the PFD(Phase Frequency Detector) by using TSPC (True Single Phase Clock) circuit to improve the performance and solve the dead-zone problem. We use CP(Charge Pump} and LP(Loop filter) for Negative feedback and current reusing in order to solve current mismatch and switch mismatch problem. The VCO(Voltage controlled Oscillator) with 5-stage differential ring oscillator is used to exact output frequency. The divider is implemented by using D-type flip flops asynchronous dividing. The frequency divider has a constant division ratio 32. The frequency range of VCO has from 200MHz to 1.1GHz and have 1.7GHz/v of voltage gain. The proposed PLL is designed by using 0.18um CMOS processor with 1.8V supply voltage. Oscillator's input frequency is 25MHz, VCO output frequency is 800MHz and lock time is 5us. It is evaluated by using cadence spectra RF tools.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.242-242
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• 2010

SiO2박막을 이온 감지막으로 이용한 pH농도센서를 제작하였다. 현재 많은 연구중인 pH센서, pH-ISFET(pH-Ion Sensitive Field Effect Transistor)는 용액과 기준전극간의 전기화학적 변위차를 이용하여 pH를 센싱한다. pH-ISFET는 기존 CMOS공정을 그대로 이용할 수 있고, 이온감지막의 변화만으로 다양한 센서를 제작할 수 있어 최근 많은 연구가 진행 중이다. 하지만 FET를 제작하기 위한 공정의 복잡성과 용액의 전위를 정해주고 FET에 바이어스를 인가해줄 기준전극이 반드시 필요하다는 제한성이 있다. 따라서 본 연구에서는 SOI 기판을 이용하여 간단한 구조의 pH센서를 제작하였다. 센서는 (100)결정면을 가지는 p-타입 SOI(Silicon On Insulator)기판을 사용하였으며 포토리소그래피 공정을 이용하여 back-gated MOSFET구조로 제작하였다. 이온감지막으로 사용할 SiO2박막은 RF 스퍼터링을 이용하여 $100{\AA}$ 증착하였다. 바이어스는 기존 pH-ISFET와는 다르게 기준전극 대신 기판을 backgate로 사용하여 FET에 바이어스를 인가해 주었다. pH 용액 주입을 위해 PDMS재질의 챔버를 제작하고 실리콘글루를 이용하여 센서에 부착하였다. pH12부터 pH4까지 단계적으로 누적시키며 챔버에 주입하였고, pH에 따른 드레인전류의 변화를 관찰하였다. pH용액을 챔버에 주입시, pH농도에 따라 제작된 센서의 문턱전압이 오른쪽으로 이동하는 결과를 관찰할 수 있었다. 결과적으로, 구조가 간단한 pseudo MOSFET을 이용하여 pH센서의 적용가능성을 확인하였으며 SiO2박막 역시 본 pH센서의 이온감지막의 역할과 센서의 안정성을 향상시킬 수 있다는 점을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.317-318
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• 2012

현재의 반도체 산업에서 Hafnium oxide와 Hafnium silicates같은 high-k 물질은 CMOS gate와 DRAM capacitor dielectrics로 사용하기 위한 대표적인 물질에 속한다. MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor)구조에서 gate length는 16 nm 이하로 계속 미세화가 연구 중이고, 또한 gate는 기존구조에서 Multi-gate구조로 다변화가 일어나고 있다. 이를 통해 게이트 절연막은 그 구조와 활용범위가 다양해지게 될 것이다. 동시에 leakage current와 dielectric break-down을 감소시키는 연구가 중요해지고 있다. 그러나 나노 영역에서의 기계적 특성에 대한 연구는 전무한 상태이다. 따라서 복잡한 회로 공정, 다양한 Multi-gate 구조, 신뢰도의 향상을 위해서는 유전박막 물질자체와 계면에서의 물리적, 기계적인 특징의 측정이 상당히 중요해지고 있다. 이에 본 연구는 Nano-indenter의 통해 경도(Hardness)와 탄성계수(Elastic modulus) 등의 측정을 통하여 시료 표면의 나노영역에서의 기계적 특성을 연구하고자 하였다. $HfO_2$게이트 절연막은 rf magnetron sputter를 이용해 Si (silicon) (100)기판위에 박막형태로 증착하였고, 이후 furnace에서 질소분위기로 온도(400, 450, $500^{\circ}C$)를 달리하여 20분 열처리를 하였다. 또한 Weibull distribution을 이용해 박막의 characteristic value를 계산하였으며, 실험결과 열처리 온도가 $400^{\circ}C$에서 $500^{\circ}C$로 증가함에 따라 경도와 탄성계수는 7.4 GPa에서 10.65 GPa으로 120.25 GPa에서 137.95 GPa으로 각각 증가하였다. 이는 재료적 측면으로 재료의 구조적 우수성이 증가된 것으로 판단된다.