• Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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• v.19 no.11
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• pp.2643-2648
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• 2015

This paper analyzes the phenomenon of drain induced barrier lowering(DIBL) for doping profiles in channel of asymmetric double gate(DG) MOSFET. The DIBL, the important short channel effect, is described as lowering of source barrier height by drain voltage. The analytical potential distribution is derived from Poisson's equation to analyze the DIBL, and the DIBL is observed according to the change of doping profile to influence on potential distribution. As a results, the DIBL is significantly influenced by projected range and standard projected deviation, the variables of channel doping profiles. The change of DIBL shows greatly in the range of high doping concentration such as $10^{18}/cm^3$. The DIBL increases with decrease of channel length and increase of channel thickness, and with increase of bottom gate voltage and top/bottom gate oxide film thickness.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2003.03a
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• pp.129-129
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• 2003

최근에 능동 영역 액정 표시 소자(Active Matrix Liquid Crystal Display, AMLCD)에서 고해상도와 빠른 응답속도를 요구하게 되면서부터 다결정 실리콘(poly-Si) 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT)가 쓰이게 되었다. 그리고 일반적으로 디스플레이의 기판을 상대적으로 저가의 유리를 사용하기 때문에 저온 공정이 필수적이다. 따라서 새로운 저온 결정화 방법과 부가적으로 최근 디스플레이 개발 동향 중 하나인 대화면에 적용 가능한 공정인 금속유도 결정화 (Silicide Mediated Crystallization, SMC)가 연구되고 있다. 이 소자는 top-gated coplanar구조로 설계되었다. (그림 1)(100) 실리콘 웨이퍼위에 3000$\AA$의 열산화막을 올리고, LPCVD로 55$0^{\circ}C$에서 비정질 실리콘(a-Si:H) 박막을 550$\AA$ 증착 시켰다. 그리고 시편은 SMC 방법으로 결정화 시켜 TEM(Transmission Electron Microscopy)으로 SMC 다결정 실리콘을 분석하였다. 그 위에 TFT의 게이트 산화막을 열산화막 만큼 우수한 TEOS(Tetraethoxysilane)소스로 사용하여 실리콘 산화막을 1000$\AA$ 형성하였고 게이트는 3000$\AA$ 두께로 몰리브덴을 스퍼터링을 통하여 형성하였다. 이 다결정 실리콘은 3$\times$10^15 cm^-2의 보론(B)을 도핑시켰다. 채널, 소스, 드래인을 정의하기 위해 플라즈마 식각이 이루어 졌으며, 실리콘 산화막과 실리콘 질화막으로 passivation하고, 알루미늄으로 전극을 형성하였다 그리고 마지막에 TFT의 출력특성과 전이특성을 측정함으로써 threshold voltage, the subthreshold slope 와 the field effect mobility를 계산하였다.

• Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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• v.41 no.11
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• pp.7-13
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• 2004

Experimental results are presented for the degradation of 3 nm-thick gate oxide under -2.5V $\leq$ V$_{g}$ $\leq$-4.0V stress and 10$0^{\circ}C$ conditions using P and NMOSFETs that are annealed with hydrogen or deuterium gas at high-pressure (5 atm). The degradation mechanisms are highly dependent on stress conditions. For low gate voltage, hole-trapping is found to dominate the reliability of gate oxide both in P and NMOSFETs. With increasing gate voltage to V$_{g}$ =-4.0V, the degradation becomes dominated by electron-trapping in NMOSFETs, however, the generation rate of "hot" hole was very low, because most of tunneling electrons experienced the phonon scattering before impact ionization at the Si interface. Statistical parameter variations as well as the gate leakage current depend on and are improved by high-pressure deuterium annealing, compared to corresponding hydrogen annealing. We therefore suggest that deuterium is effective in suppressing the generation of traps within the gate oxide. Our results therefore prove that hydrogen related processes are at the origin of the investigated oxide degradation.gradation.

• Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics
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• v.20 no.2
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• pp.1-6
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• 1983

The reduction of threshold voltage and punchthrough voltage of short channel MOS transistors has been measured experimentally with silicon gate NMOS transistors. The effects of the gate oxide thickness and substrate doping concentration on the threshold voltage and punch-through voltage have also been measured with sample devices with boron implantation and gate oxide thickness of 50 nm and 70 nm. Hot electron emission has been measured by floating gate method for the samples with 3 ${\mu}{\textrm}{m}$ channel length. It has been concluded from this measurement that hot electron emission is not significant for the channel length of 3${\mu}{\textrm}{m}$.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.06a
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• pp.139-140
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• 2008

최근 누설전류를 줄이기 위해서 게이트 산화막에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 게이트 산화막에 유전상수가 큰 high-k 물질을 적용시킴으로서 누설 전류를 줄일 수 있어 특성의 향상을 가져다 줄 수 있다. 본 연구에서는 여러 high-k 물질중 $CeO_2$를 블로킹 산화막에 적용시켰다. $CeO_2$는 높은 유전상수를 가지고 있고 실리콘과 화학적으로 안정한 물질이어서 좋은 특성을 기대할 수 있다. 본 연구에서는 Al/$CeO_2/SiN_x/SiO_xN_y$/Si 의 MINOS 구조를 만들고 $CeO_2$ 두께변화에 따른 MINOS 구조의 전기적인 특성을 측정하였다. 그 결과 $CeO_2$의 박막 두께가 40nm 일 때 더 좋은 특성이 나타난다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.352-352
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• 2012

MOSFET의 크기는 작아지고 다양한 소자열화 현상으로 신뢰성 문제가 나타나고 있다. 특히 CMOS 인버터에서 PMOS가 'HIGH'일 때 음의 게이트 전압이 인가되고 소자 구동으로 인해 온도가 높아지면 드레인 전류의 절대값은 줄어들고 문턱 전압 절대값과 GIDL전류가 증가하는 NBTI현상이 발생한다. 본 연구에서는 NBTI현상에 따른 열화 특성을 분석하였다. 측정은 드레인과 소스는 접지시킨 상태에서 온도 $100^{\circ}C$에서 게이트에 -3.4V과 -4V의 게이트 스트레스를 인가한 후 게이트 전압에 따른 드레인 전류를 스트레스 시간에 따라 측정하였다. 측정에 사용된 소자의 산화막 두께는 25A, 채널 길이는 $0.17{\mu}m$, 폭은 $3{\mu}m$이다. 게이트에 음의 전압이 가해지면 게이트 산화막에 양전하의 interface trap이 생기게 된다. 이로 인해 채널 형성을 방해하고 문턱 전압은 높아지고 드레인 전류의 절대값은 낮아지게 된다. 또한 게이트와 드레인 사이의 에너지 밴드는 게이트 전압으로 인해 휘어지게 되면서 터널링이 더 쉽게 일어나 GIDL전류가 증가한다. NBTI스트레스 시간이 증가함에 따라 게이트 산화막에 생긴 양전하로 인해 문턱 전압은 1,000초 스트레스 후 스트레스 전압이 각각 -3.4V, -4V일 때 스트레스 전에 비해 각각 -0.12V, -0.14V정도 높아지고 드레인 전류의 절대값은 5%와 24% 감소한다. GIDL전류 역시 스트레스 후 게이트 전압이 0.5V일 때, 스트레스 전에 비해 각각 $0.021{\mu}A$, $67{\mu}A$씩 증가하였다. 결과적으로, NBTI스트레스가 인가됨에 따라 게이트 전압 0.5V에서 0V사이의 드레인 전류가 증가함으로 GIDL전류가 증가하고 문턱전압이 높아져 드레인 전류가 -1.5V에서 드레인 전류의 절대값이 줄어드는 것을 확인할 수 있다.

• Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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• v.19 no.2
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• pp.401-406
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• 2015

The change of subthreshold swing for channel length of asymmetric double gate(DG) MOSFET has been analyzed. The subthreshold swing is the important factor to determine digital chracteristics of transistor and is degraded with reduction of channel. The subthreshold swing for channel length of the DGMOSFET developed to solve this problem is investigated for channel thickness, oxide thickness, top and bottom gate voltage and doping concentration. Especially the subthreshold swing for asymmetric DGMOSFET to be able to be fabricated with different top and bottom gate structure is investigated in detail for bottom gate voltage and bottom oxide thickness. To obtain the analytical subthreshold swing, the analytical potential distribution is derived from Possion's equation, and Gaussian distribution function is used as doping profile. As a result, subthreshold swing is sensitively changed according to top and bottom gate voltage, channel doping concentration and channel dimension.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.35 no.3
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• pp.259-263
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• 1998

WSi2/CVD-Si/SiO2/Si-substrate의 폴리사이드 구조에서 실리콘 증착 POCl3 확산 그리고 WSi2 증착 유무에 따른 Thin oxide 특성을 연구했다 WSi2 막을 증착하지 않은 CVD-Si/SiO2/Si-substrate 구조에서 CVD-Si을 po-lycrystalline-Si으로 증착한 시편이 amorphous-Si을 증착한 시편보다 산화막 불량이 적다 WSi2 를 증착시킨 WSi2/CVD-Si/SiO2./Si-substrate의 구조에서 CVD-Si의 polycrystalline-Si 혹든 amorphous-Si 의 막 증착에 따른 thin oxide의 불량율 차이는 미미하다 산화막 불량은 CVD-Si에 확산시킨 인(P) 증가 즉 면저항(sheet resistance) 감소로 증가한다. Thin oxide의 절연특성은 WSi2 증착으로 저하된다 WSi2 증착으로 산화막 두께는 증가하나 막 특성은 열등해져 산화막 절연성이 떨어진다.

• Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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• v.17 no.2
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• pp.372-377
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• 2013

This paper have presented the breakdown voltage for double gate(DG) MOSFET. The analytical solution of Poisson's equation and Fulop's breakdown condition have been used to analyze for breakdown voltage. The double gate(DG) MOSFET has the advantage to reduce the short channel effects as improving the current controllability of gate. But we need the study for the breakdown voltage of DGMOSFET since the decrease of the breakdown voltage is unavoidable. To approximate with experimental values, we have used the Gaussian function as charge distribution for Poisson's equation, and the change of breakdown voltage has been observed for device geometry. Since this potential model has been verified in the previous papers, we have used this model to analyze the breakdown voltage. As a result to observe the breakdown voltage, the smaller channel length and the higher doping concentration become, the smaller the breakdown voltage becomes. Also we have observed the change of the breakdown voltage for gate oxide thickness and channel thickness.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2000.02a
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• pp.106-106
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• 2000

반도체 소자가 미세화 됨에 따라 게이트 유전막으로 사용되는 SiO2의 박막화가 요구되나, boron penetration에 의한 Vt shift, 게이트 누설전류, 다결정 실리콘 게이트의 depletion effect 그리고 quantum mechanical effect 때문에 ~20 급에서 한계를 나타내고 있다. 이에 0.1$\mu\textrm{m}$이상의 design rule을 갖는 logic이나 memory 소자에서 요구되어지는 ~10 급 게이트 산화막은 SiO2(K=3.9)를 대신하여 고유전율을 갖는 재료의 채택이 필수 불가결하게 되었다. 고유전 박막 재료를 사용하면, 두께를 두껍게 해도 동일한 inversion 특성이 유지되고 carrier tunneling 이 덜하여 등가 산화막의 두께를 줄일 수 있다. 이러한 고유전박막 재료중 가장 활발히 연구되고 있는 재료는 Ta2O5, Al2O3, STO 그리고 BST 등이 있으나 Ta2O5, STO, BST 등은 실리콘 기판과 직접 반응을 한다는 문제를 가지고 있으며, Al2O3는 유전율이 낮의 재료가 최근 주목받고 있다. 본 실험에서는 ZrO2, HfO2 또는 그 silicates 등의 재료가 최근 주목 받고 있다. 본 실험에서는 ZrO2 박막의 증착조건에 따른 물리적, 전기적 특성 변화에 대하여 연구하였다. RCA 방식으로 세정한 P-type (100) 실리콘 기판위에 reactive DC sputtering 방법으로 압력 5mtorr, power 100~400W, 기판온도는 100-50$0^{\circ}C$로 변화시켜 ZrO2 박막을 증착한 후 산소와 아르곤 분위기에서 400-80$0^{\circ}C$, 10-120min으로 열처리하였다. 증착직후의 시편들과 열처리한 ZrO2 박막의 미세구조와 전기적 특성 변화를 관찰하였다. 우선 굴절율(RI)를 이용해 ZrO2 박막의 밀도를 예측하여 power와 기판온도에 따라 이론값 2.0-2.2 에 근접한 구조를 얻은 후 XRD, XPS, AFM, 그리고 TEM을 사용하여 ZrO2 박막의 chemical bonding, surface roughness 그리고 interfacial layer의 특성을 관찰하였다. 그리고 C-V, I-V measurement를 이용해 capacitance, 유전율, 누설전류 등의 전기적 특성을 관찰해 최적 조건을 설정하였다.