• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.15 no.7
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• pp.583-590
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• 2002

In this paper, a new Silicon on Insulator (SOI)-based photodetector was proposed, and its basic operation principle was explained. Fabrication steps of the detector are compatible with those of conventional SOI CMOS technology. With the proposed structure, RGB (Read, Green, Blue) which are three primary colors of light can be realized without using any organic color filters. It was shown that the characteristics of the SOI-based detector are better than those of bulk-based detector. To see the response characteristics to the green (G) among RGB, SOI and bulk NMOSFETS were fabricated using $1.5\mu m$ CMOS technology and characterized. We obtained optimum optical response characteristics at $V_{GS}=0.35 V$ in NMOSFET with threshold voltage of 0.72 V. Drain bias should be less than about 1.5 V to avoid any problem from floating body effect, since the body of the SOI NMOSFET was floated. The SOI and the bulk NMOSFETS shown maximum drain currents at the wavelengths of incident light around 550 nm and 750 nm, respectively. Therefore the SOI detector is more suitable for the G color detector.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2010.06a
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• pp.228-228
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• 2010

본 연구에서는 공진주파수 수식을 이용한 MATLAB과 Modal 해석법을 사용한 ANSYS로 공진주파수 특성을 시뮬레이션 하였다. 외팔보의 시뮬레이션 결과에서는 길이가 길어짐에 따라, 또는 proof mass의 크기가 커짐에따라 공진주파수 특성이 낮아지는 결과가 나타났다. 따라서 본 실험에서의 외팔보는 낮은 공진 주파수를 가지기 위해 Si proof mass를 사용하여 제작하였다. 외팔보 소자는 Silicon-on-insulator wafer를 사용하여 SiO2/Ti/Pt/PZT/Pt 박막을 증착하였고, 마스크를 사용한 식각 공정으로 제작하였다. 이때의 MATLAB, ANSYS 시뮬레이션 결과와 실험에서 제작된 소자는 유사한 공진주파수 특성을 나타내었다.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• v.3 no.4
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• pp.217-222
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• 2003

A new two-dimensional analytical model for the potential distribution and drain-induced barrier lowering (DIBL) effect of fully depleted short-channel Silicon-on-insulator (SOI)-MESFET's has been presented in this paper. The two dimensional potential distribution functions in the active layer of the device is approximated as a simple parabolic function and the two-dimensional Poisson's equation has been solved with suitable boundary conditions to obtain the bottom potential at the Si/oxide layer interface. It is observed that for the SOI-MESFET's, as the gate-length is decreased below a certain limit, the bottom potential is increased and thus the channel barrier between the drain and source is reduced. The similar effect may also be observed by increasing the drain-source voltage if the device is operated in the near threshold or sub-threshold region. This is an electrostatic effect known as the drain-induced barrier lowering (DIBL) in the short-gate SOI-MESFET's. The model has been verified by comparing the results with that of the simulated one obtained by solving the 2-D Poisson's equation numerically by using the pde toolbox of the widely used software MATLAB.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• v.7 no.2
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• pp.110-119
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• 2007

A new two-dimensional analytical model for dual-material double-gate fully-depleted SOI MOSFET with Pearson-IV type Doping Distribution is presented. An investigation of electrical MOSFET parameters i.e. drain current, transconductance, channel resistance and device capacitance in DM DG FD SOI MOSFET is carried out with Pearson-IV type doping distribution as it is essential to establish proper profiles to get the optimum performance of the device. These parameters are categorically derived keeping view of potential at the center (${\phi}_c$) of the double gate SOI MOSFET as it is more sensitive than the potential at the surface (${\phi}_s$). The proposed structure is such that the work function of the gate material (both sides) near the source is higher than the one near the drain. This work demonstrates the benefits of high performance proposed structure over their single material gate counterparts. The results predicted by the model are compared with those obtained by 2D device simulator ATLAS to verify the accuracy of the proposed model.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• v.4 no.1
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• pp.52-62
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• 2004

In this paper we look at the effect of Fringe-Enhanced-Barrier-lowering (FEBL) for high-K dielectric MOSFETs and the dependence of FEBL on various technological parameters (spacer dielectrics, overlap length, dielectric stack, S/D junction depth and dielectric thickness). We show that FEBL needs to be contained in order to maintain the performance advantage with scaled high-K dielectric MOSFETs. The degradation in high-K dielectric MOSFETs is also identified as due to the additional coupling between the drain-to-source that occurs through the gate insulator, when the gate dielectric constant is significantly higher than the silicon dielectric constant. The technology parameters required to minimize the coupling through the high-K dielectric are identified. It is also shown that gate dielectric stack with a low-K material as bottom layer (very thin $SiO_2$ or oxy-nitride) will be helpful in minimizing FEBL. The circuit performance issues with high-K MOS transistors are also analyzed in this paper. An optimum range of values for the dielectric constant has been identified from the delay and the energy dissipation point of view. The dependence of the optimum K for different technology generations has been discussed. Circuit models for the parasitic capacitances in high-K transistors, by incorporating the fringing effects, have been presented.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.201-201
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• 2010

DRAM (dynamic random access memory)은 하나의 트랜지스터와 하나의 캐패시터의 구조 (1T/1C)를 가지는 구조로써 빠른 동작 속도와 고집적에 용이하다. 하지만 고집적화를 위해서는 최소한의 캐패시터 용량 (30 fF/cell)을 충족시켜 주어야 한다. 이에 따라 캐패시터는 stack 혹은 deep trench 구조로 제작되어야 한다. 위와 같은 구조로 소자를 구현할 시 제작공정이 복잡해지고 캐패시터의 집적화에도 한계가 있다. 이러한 문제점을 보완하기 위해 1T-DRAM이 제안되었다. 1T-DRAM은 하나의 트랜지스터로 이루어져 있으며 SOI (silicon-on-insulator) 기판에서 나타나는 floating body effect를 이용하여 추가적인 캐패시터를 필요로 하지 않는다. 하지만 SOI 기판을 이용한 1T-DRAM은 비용측면에서 대량생산화를 시키기는데 어려움이 있으며, 3차원 적층구조로의 적용이 어렵다. 하지만 다결정 실리콘을 이용한 기판은 공정의 대면적화가 가능하고 비용적 측면에서 유리한 장점을 가지고 있으며, 적층구조로의 적용 또한 용이하다. 본 연구에서는 ELA (eximer laser annealing) 방법을 이용하여 비정질 실리콘을 결정화시킨 기판에서 1T-DRAM을 제작하였다. 하지만 다결정 실리콘은 단결정 실리콘에 비해 저항이 크기 때문에, 메모리 소자로서 동작하기 위해서는 높은 바이어스 조건이 필요하다. 게이트 산화막이 얇은 경우, 게이트 산화막의 열화로 인하여 소자의 오작동이 일어나게 되고 게이트 산화막이 두꺼울 경우에는 전력소모가 커지게 된다. 그러므로 메모리 소자로서 동작 할 수 있는 최적화된 게이트 산화막 두께가 필요하다. 제작된 소자는 KrF-248 nm 레이저로 결정화된 ELA 기판위에 게이트 산화막을 10 nm, 20 nm, 30 nm 로 나누어서 증착하여, 전기적 특성 및 메모리 특성을 평가하였다.

• 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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• 2011.08a
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• pp.264-264
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• 2011

1T-1C로 구성되는 기존의 dynamic random access memory (DRAM)는 데이터를 저장하기 위해 적절한 커패시턴스를 확보해야 한다. 따라서 커패시터 면적으로 인한 집적도의 한계에 직면해있으며, 이를 대체하기 위한 새로운 DRAM인 1T- DRAM이 연구되고 있다. 기존의 DRAM과 달리 silicon-on-insulator (SOI) 기술을 이용한 1T-DRAM은 데이터 저장을 위한 커패시터가 요구되지 않는다. 정공을 채널의 중성영역에 축적함으로서 발생하는 포텐셜 변화를 이용하며, 이때 발생하는 드레인 전류차를 이용하여 '0'과 '1'을 구분한다. 기존의 완전공핍형 평면구조의 1T-DRAM은 소스 및 드레인 접합부분에서 발생하는 누설전류로 인해 '0' 상태의 메모리 유지특성이 열화되는 단점을 가지고 있다. 따라서 메모리의 보존특성을 향상시키기 위해 소스/드레인 접합영역을 줄여 누설전류를 감소시키는 구조를 갖는 1T-DRAM의 연구가 필요하다. 또한 고유전율을 가지는 Si3N4를 이용한 oxide-nitride-oxide (ONO)구조의 게이트 절연막을 이용하면 동일한 두께에서 더 낮은 equivalent oxide thickness (EOT)를 얻을 수 있기 때문에 보다 저 전압에서 1T-DRAM 동작이 가능하여 기존의 SiO2 단일층을 이용한 1T-DRAM보다 동일 전압에서 더 큰 sensing margin을 확보할 수 있다. 본 연구에서는 누설전류를 감소시키기 위하여 소스 및 드레인이 채널위로 올려진 recessed channel 구조에 ONO 게이트 절연막을 적용한 1T-DRAM을 제작 및 평가하고, 본 구조의 1T-DRAM적용 가능성 및 ONO구조의 게이트 절연막을 이용한 sensing margin 개선을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.109-109
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• 2011

1T-1C로 구성되는 기존의 DRAM(Dynamic Random Access Memory)은 데이터를 저장하기 위한 적절한 capacitance를 확보해야 한다. 따라서 캐패시터 면적으로 인한 집적도에 한계에 직면해있다. 따라서 이를 대체하기 위한 새로운 DRAM인 1T (Transistor) DRAM이 각광받고 있다. 기존의 DRAM과 달리 SOI (Silicon On Insulator)기술을 이용한 1T-DRAM은 데이터 저장을 위한 캐패시터가 필요없다. Impact Ionization 또는 GIDL을 이용해 발생한 정공을 채널영역에 가둠으로 서 발생하는 포텐셜 변화를 이용한다. 이로서 드레인 전류가 변화하며, 이를 이용해 '0'과 '1'을 구분한다. 기존의 1T-DRAM은 단결정 실리콘을 이용하여 개발되었으나 좀더 광범위한 디바이스로의 적용을 위해서는 다결정 실리콘 박막의 형태로 제작이 필수적이다. 단결정 실리콘을 이용할 경우 3차원 집적이나 기판재료선택에 제한적이지만 다결정 실리콘을 이용할 경우, 기판결정이 자유로우며 실리콘 박막이나 매몰 산화층의 형성 및 두께 조절이 용이하다. 때문에 3차원 적층에 유리하여 다결정 실리콘 박막 형태의 1T-DRAM 제작이 요구되고 있다. 따라서 이번연구에서는 엑시머 레이저 어닐링 및 고상결정화 방법을 이용하여 결정화 시킨 다결정 실리콘을 이용하여 1T-DRAM을 제작하였으며 메모리 특성을 확인하였다. 기판은 상부실리콘 100 nm, buried oxide 200 nm로 구성된 SOI구조의 기판을 사용하였다. 엑시머 레이저 어닐링의 경우 400 mJ/cm2의 에너지를 가지는 KrF 248 nm 엑시머 레이저 이용하여 결정화시켰으며, 고상결정화 방법은 $400^{\circ}C$ 질소 분위기에서 24시간 열처리하여 결정화 시켰다. 두가지 결정화 방법을 사용하여 제작되어진 박막트랜지스터 1T-DRAM 모두 kink 현상을 확인할 수 있었으며 메모리 특성 역시 확인할 수 있었다.

• 한국정보디스플레이학회:학술대회논문집
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• 2005.07a
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• pp.272-275
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• 2005

The high stability of a-Si:H TFTs device is studied with different deposited conditions of $SiN_x$ films by PECVD. The process parameters of $N_2$, $NH_3$ gas flow rate, RF power, and pressure s of hydrogenated amorphous silicon nitride are taken into account and analyzed by Taguchi experimental design method. The $NH_3$ gas flow rate and RF power are two major factors on the average threshold voltage and the a-SiNx:H film's structure. The hydrogen contents in $SiN_x$ films were measured by FTIR using the related Si-H/N-H bonds ratio in $a-SiN_x:H$ films. After the 330,000 sec gate bias stress is applied, the threshold voltages ($V_th$) shift less than 10%. This result indicates that the highly stable a-Si:H TFTs device can be fabricated with optimum gate $SiN_x$ insulator.