• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제19권9호
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• pp.808-812
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• 2006

In this dissertation, Ru-Zr metal gate electrode deposited on two kinds of dielectric were formed for MOS capacitor. Sample co-sputtering method was used as a alloy deposition method. Various atomic composition was achieved when metal film was deposited by controlling sputtering power. To study the characteristics of metal gate electrode, C-V(capacitance-voltage) and I-V(current-voltage) measurements were performed. Work function and equivalent oxide thickness were extracted from C-V curves by using NCSU(North Carolina State University) quantum model. After the annealing at various temperature, thermal/chemical stability was verified by measuring the variation of effective oxide thickness and work function. This dissertation verified that Ru-Zr gate electrodes deposited on $SiO_{2}\;and\;ZrO_{2}$ have compatible work functions for NMOS at the specified atomic composition and this metal alloys are thermally stable. Ru-Zr metal gate electrode deposited on $SiO_{2}\;and\;ZrO_{2}$ exhibit low sheet resistance and this values were varied with temperature. Metal alloy deposited on two kinds of dielectric proposed in this dissertation will be used in company with high-k dielectric replacing polysilicon and will lead improvement of CMOS properties.

• 한국결정성장학회지
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• 제24권1호
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• pp.41-45
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• 2014

다양한 공정 조건으로 $SiN_x$와 $SiO_2$ 박막을 형성하고 이에 대한 패시베이션 특성에 대한 연구를 수행하였다. Plasma enhanced chemical vapor deposition(PECVD)을 이용하여 증착된 $SiN_x$ 박막의 경우, 증착 두께가 증가함에 따라 페시베이션 특성이 향상되는 것을 관찰하였다. 이는 PECVD 증착 공정 중 유입되는 수소 원자들이 실리콘 표면에 존재하는 Dangling bond와 결합하여 소수 캐리어의 재결합 현상을 효과적으로 감소시켰기 때문이다. 건식 산화법으로 형성된 $SiO_2$ 박막은 습식 산화법으로 형성된 것 보다 치밀한 계면 구조를 가짐으로 인하여 약 20배 이상 우수한 패시베이션 특성을 나타내었다. 건식 산화 공정 온도가 증가함에 따라 패시베이션 특성이 열화되는 현상이 발생하였고, Capacitance-voltage(C-V) 및 Conductance-voltage(G-V) 분석을 통하여 $SiO_2$/실리콘 계면에 존재하는 계면 결함 밀도 증가에 의해 나타나는 현상임을 알 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2000년도 제18회 학술발표회 논문개요집
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• pp.67-67
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• 2000

CeO2는 cubic 구조의 일종인 CaR2 구조를 가지고 있으며 격자상수가 Si의 격장상수와 매우 비슷하여 Si 기판위에 에피텍셜하게 성장할 수 있는 가능성이 매우 크다. 따라서 SOI(silicon-on-insulator)구조의 실현을 위하여 Si 기판위에 CeO2 박막을 에피텍셜하게 성장시키려는 많은 노력이 있어왔다. 또한 metal-ferroelectric-semiconductor field effect transistor)에서 ferroelectric 박막과 Si 기판사이의 완충층으로 사용된다. 이러한 CeO2의 응용을 위해서는 Si 기판 위에 성장된 CeO2 박막의 방위성 및 CeO2/Si 구조의 전기적 특성을 알아보는 것이 매우 중요하다. 본 연구에서는 Si(100) 기판위에 CeO2(200)방향으로 성장하는 박막과 EcO2(111) 방향으로 성장하는 박막을 rf magnetron sputtering 방법으로 증착하여 각각의 구조적, 전기적 특성을 분석하였다. RCA 방법으로 세정한 P-type Si(100)기판위에 Ce target과 O2를 사용하여 CeO2(200) 및 CeO2(111)박막을 증착하였다. 증착후 RTA(rapid thermal annealing)방법으로 95$0^{\circ}C$, O2 분위기에서 5분간 열처리를 하였다 이렇게 제작된 CeO2 박막의 구조적 특성을 XRD(x-ray diffraction)방법으로 분석하였고, Al/CeO2/Si의 MIS(metal-insulator-semiconductor)구조를 제작하여 C-V (capacitance-voltage), I-V (current-voltage) 특성을 분석하였으며 TEM(transmission electron microscopy)으로 증착된 CeO2막과 Si 기판과의 계면 특성을 연구하였다. C-V특성에 있어서 CeO2(111)/Si은 CeO2(111)의 두께가 증가함에 따라 hysteresis windows가 증가한 방면 CeO2(200)/Si은 hysteresis windows가 아주 작을뿐만 아니라 CeO2(200)의 두께가 증가하더라도 hysteresis windos가 증가하지 않았다. CeO2(111)/Si과 CeO2(200)/Si의 C-V 특성의 차이는 CeO2(111)과 CeO2(200)이 Si 기판에 의해 받은 stress의 차이와 이에 따른 defect형성의 차이에 의한 것으로 사료된다.

• 한국ITS학회 논문지
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• 제7권5호
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• pp.97-105
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• 2008

반도체 공정의 미세화 및 마이크로 시스템 기술의 발전 그리고 소형 무선PAN 및 이동통신 장치들의 급증으로 인하여 전자부품들의 소형화와 직접화에 대한 요구가 지속적으로 증가되고 있다. 본 연구에서는 휴대형 무선PAN 및 이동통신용 전자회로 설계에 다양한 목적으로 널리 사용되고 있는 기저대역의 수동소자들 중 미세 커패시터의 안정성과 전기적 특성을 확보하기 위하여, 유전체인 AIN을 사용하여 MIM구조로 제작된 미세 박막 커패시터 소자의 전기적인 특성을 분석하고 기저대역에서의 성능을 평가한다. 또한 제작된 미세 박막형 커패시터의 용량제어 방법을 제시함으로서 기저대역에서 범용으로 사용할 수 있는 미세 박막 커패시터의 모델을 제시하고자 한다. 또한, 주파수 대역에 따른 MIM구조의 AIN 커패시터 특성을 분석함으로서 향후 임베디드 소자와 집적화를 위한 고정밀의 미세수동 소자로서의 활용방안을 제시하고자한다.

• 한국재료학회지
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• 제29권8호
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• pp.463-468
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• 2019

The electrical and interfacial properties of $HfO_2/Al_2O_3$ and $Al_2O_3/HfO_2$ dielectrics on AlN/p-Ge interface prepared by thermal atomic layer deposition are investigated by capacitance-voltage(C-V) and current-voltage(I-V) measurements. In the C-V measurements, humps related to mid-gap states are observed when the ac frequency is below 100 kHz, revealing lower mid-gap states for the $HfO_2/Al_2O_3$ sample. Higher frequency dispersion in the inversion region is observed for the $Al_2O_3/HfO_2$ sample, indicating the presence of slow interface states A higher interface trap density calculated from the high-low frequency method is observed for the $Al_2O_3/HfO_2$ sample. The parallel conductance method, applied to the accumulation region, shows border traps at 0.3~0.32 eV for the $Al_2O_3/HfO_2$ sample, which are not observed for the $Al_2O_3/HfO_2$ sample. I-V measurements show a reduction of leakage current of about three orders of magnitude for the $HfO_2/Al_2O_3$ sample. Using the Fowler-Nordheim emission, the barrier height is calculated and found to be about 1.08 eV for the $HfO_2/Al_2O_3$ sample. Based on these results, it is suggested that $HfO_2/Al_2O_3$ is a better dielectric stack than $Al_2O_3/HfO_2$ on AlN/p-Ge interface.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제37권1호
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• pp.101-105
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• 2024

4H-SiC power metal-oxide-semiconductor field effect transistors (MOSFETs) have been developed to achieve lower specific-on-resistance (R_on,sp), and the gate oxides have been thermally grown. The poor channel mobility resulting from the high interface trap density (D_it) at the SiO₂/4H-SiC interface significantly affects the higher switching loss of the power device. Therefore, the development of novel fabrication processes to enhance the quality of the SiO₂/4H-SiC interface is required. In this paper, NO post-oxidation annealing (POA) by using the conditions of N₂ diluted NO at a high temperature (1,300℃) is proposed to reduce the high interface trap density resulting from thermal oxidation. The NO POA is carried out in various NO ambient (0, 10, 50, and 100% NO mixed with 100, 90, 50, and 0% of high purity N₂ gas to achieve the optimized condition while maintaining a high temperature (1,300℃). To confirm the optimized condition of the NO POA, measuring capacitance-voltage (C-V) and current-voltage (I-V), and time-of-flight secondary-ion mass spectrometry (ToF-SIMS) are employed. It is confirmed that the POA condition of 50% NO at 1,300℃ facilitates the equilibrium state of both the oxidation and nitridation at the SiO₂/4H-SiC interface, thereby reducing the D_it.

• 한국재료학회지
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• 제34권6호
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• pp.283-290
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• 2024

The aggressive scaling of dynamic random-access memory capacitors has increased the need to maintain high capacitance despite the limited physical thickness of electrodes and dielectrics. This makes it essential to use high-k dielectric materials. TiO₂ has a large dielectric constant, ranging from 30~75 in the anatase phase to 90~170 in rutile phase. However, it has significant leakage current due to low energy barriers for electron conduction, which is a critical drawback. Suppressing the leakage current while scaling to achieve an equivalent oxide thickness (EOT) below 0.5 nm is necessary to control the influence of interlayers on capacitor performance. For this, Pt and Ru, with their high work function, can be used instead of a conventional TiN substrate to increase the Schottky barrier height. Additionally, forming rutile-TiO₂ on RuO₂ with excellent lattice compatibility by epitaxial growth can minimize leakage current. Furthermore, plasma-enhanced atomic layer deposition (PEALD) can be used to deposit a uniform thin film with high density and low defects at low temperatures, to reduce the impact of interfacial reactions on electrical properties at high temperatures. In this study, TiO₂ was deposited using PEALD, using substrates of Pt and Ru treated with rapid thermal annealing at 500 and 600 ℃, to compare structural, chemical, and electrical characteristics with reference to a TiN substrate. As a result, leakage current was suppressed to around 10^-6 A/cm² at 1 V, and an EOT at the 0.5 nm level was achieved.

• KIEE International Transactions on Electrophysics and Applications
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• 제12C권4호
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• pp.208-213
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• 2002

The present study describe the electrical performance of amorphous T $a_2$ $O_{5-X}$ fabricated on the buffer layers Ti and Ti $O_2$. T $a_2$ $O_{5-X}$ thin films were grown on the Ti and Ti $O_2$ layers as a capacitor layer using reactive sputtering method. The X-ray pattern analysis indicated that the two as-deposited films were amorphous and the amorphous state was kept stable on the RTA(rapid thermal annealing) at even $700^{\circ}C$. Measurements of dielectric properties of the reactive sputtered T $a_2$ $O_{5-X}$ thin films fabricated in two simple MIS(metal insulator semiconductor), structures, (Cu/T $a_2$ $O_{5}$ Ti/Si and CuT $a_2$ $O_{5}$ Ti $O_2$Si) show that the amorphous T $a_2$ $O_{5}$ grown on Ti showed high dielectric constant (23～39) and high leakage current density(10$^{-3}$ ～10$^{-4}$ (A/$\textrm{cm}^2$)), whereas relatively low dielectric constant (～15) and tow leakage current density(10$^{-9}$ ～10$^{-10}$ (A/$\textrm{cm}^2$)) were observed in the amorphous T $a_2$ $O_{5}$ deposited on the Ti $O_2$ layer. The electrical behaviors of the T $a_2$ $O^{5}$ thin films were attributed to the contribution of Ti- $O_2$ and the compositionally gradient Ta-Ti-0, being the low dielectric layer and high leakage current barrier. In additional, The T $a_2$ $O_{5}$ Ti $O_2$ thin films exhibited dominant conduction mechanism contributed by the Poole-Frenkel emission at high electric field. In the case of T $a_2$ $O_{5}$ Ti $O_2$ thin films were related to the diffusion of Ta, Ti and O, followed by the creation of vacancies, in the rapid thermal treated thin films.films.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제45권4호
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• pp.27-35
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• 2008

본 논문에서는 고해상도와 높은 신호처리속도, 저전력 및 소면적을 동시에 요구하는 Software Defined Radio (SDR) 시스템 응용을 위한 14비트 150MS/s 0.13um CMOS ADC를 제안한다. 제안하는 ADC는 고해상도를 얻기 위한 특별한 보정 기법을 사용하지 않는 4단 파이프라인 구조로 설계하였고, 각 단의 샘플링 커패시턴스와 증폭기의 입력 트랜스컨덕턴스에 각각 최적화된 스케일링 계수를 적용하여 요구되는 열잡음 성능 및 속도를 만족하는 동시에 소모되는 전력을 최소화하였다. 또한, 소자 부정합에 의한 영향을 줄이면서 14비트 이상의 해상도를 얻기 위해 MDAC의 커패시터 열에는 인접신호에 덜 민감한 3차원 완전 대칭 구조의 레이아웃 기법을 제안하였으며, 온도 및 전원 전압에 독립적인 기준 전류 및 전압 발생기를 온-칩 RC 필터와 함께 칩 내부에 집적하고 칩 외부에 C 필터를 추가로 사용하여 스위칭 잡음에 의한 영향을 최소화하였고, 선택적으로 다른 크기의 기준 전압 값을 외부에서 인가할 수 있도록 하였다. 제안하는 시제품 ADC는 0.13um 1P8M CMOS 공정으로 제작되었으며, 측정된 DNL 및 INL은 14비트 해상도에서 각각 최대 0.81LSB, 2.83LSB의 수준을 보이며, 동적 성능은 120MS/s와 150MS/s의 동작 속도에서 각각 최대 64dB, 61dB의 SNDR과 71dB, 70dB의 SFDR을 보여준다. 시제품 ADC의 칩 면적은 $2.0mm^2$ 이며 전력 소모는 1.2V 전원 전압에서 140mW이다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제46권12호
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• pp.18-23
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• 2009

본 연구는 실리콘 기판과 실리콘 산화막 사이의 계면 트랩 밀도와 게이트 누설 전류를 조사하여, Metal-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon (MONOS) 메모리 소자의 계면 트랩 특성의 수소-질소 열처리 효과를 조사하였다. 고속열처리 방법으로 850도에서 30초 동안 열처리한 MONOS 샘플들을 질소 가스와 수소-질소 혼합 가스를 사용하여 450도에서 30분 동안추가 퍼니스 열처리 공정을 수행하였다. 열처리 하지 않은 것, 질소, 수소-질소로 열처리 한 세 개의 샘플 중에서, 커패시터-전압 측정 결과로부터 수소-질소 열처리 샘플들이 가장 적은 계면 트랩 밀도를 갖는 것을 확인하였다. 또한, 전류-전압 측정 결과에서, 수소-질소 열처리 소자의 누설전류 특성이 개선되었다. 위의 실험 결과로부터, 수소-질소 혼합 가스로 추가 퍼니스 열처리의해 실리콘 기판과 산화막 사이의 계면 트랩 밀도를 상당히 줄일 수 있었다.