• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국정보통신학회 2015년도 춘계학술대회
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• pp.829-831
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• 2015

본 연구에서는 비대칭 이중게이트 MOSFET의 채널길이와 채널두께의 비에 따른 문턱전압 및 전도중심의 변화를 분석하고자한다. 비대칭 이중게이트 MOSFET는 상하단 게이트 전압에 의하여 전류흐름을 제어할 수 있어 단채널효과를 감소시킬 수 있다는 장점이 있다. 그러나 채널길이가 감소하면 필연적으로 발생하는 문턱전압의 급격한 변화는 소자 특성에 커다란 영향을 미치고 있다. 특히 상하단의 게이트 전압, 상하단의 게이트 산화막 두께 그리고 도핑분포변화에 따라 발생하는 전도중심의 변화는 문턱전압을 결정하는 중요 요소가 된다. 해석학적으로 문턱전압 및 전도중심을 분석하기 위하여 해석학적 전위분포를 포아송방정식을 통하여 유도하였다. 다양한 채널길이 및 채널두께에 대하여 전도중심과 문턱전압을 계산한 결과, 채널길이와 채널두께의 비 등 구조적 파라미터뿐만이 아니라 도핑분포 및 게이트 전압 등에 따라 전도중심과 문턱전압은 크게 변화한다는 것을 알 수 있었다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제41권8호
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• pp.1-8
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• 2004

두께가 3nm인 게이트 산화막을 사용한 n-MOSFET에 정전압 스트레스를 가하였을 때 관찰되는 SILC 및 soft breakdown 열화 및 이러한 열화가 소자 특성에 미치는 영향에 대해 실험하였다. 열화 현상은 인가되는 게이트 전압의 극성에 따라 그 특성이 다르게 나타났다. 게이트 전압이 (-)일 때 열화는 계면 및 산화막내 전하 결함에 의해 발생되었지만, 게이트 전압이 (＋)일 때는 열화는 주로 계면 결함에 의해 발생되었다. 또한 이러한 결함의 생성은 Si-H 결합의 파괴에 의해 발생할 수 있다는 것을 중수소 열처리 및 추가 수소 열처리 실험으로부터 발견하였다. OFF 전류 및 여러 가지 MOSFET의 전기적 특성의 변화는 관찰된 결함 전하(charge-trapping)의 생성과 직접적인 관련이 있다. 그러므로 실험 결과들로부터 게이트 산화막으로 터널링되는 전자나 정공에 의한 Si 및 O의 결합 파괴가 게이트 산화막 열화의 원인이 된다고 판단된다. 이러한 물리적 해석은 기존의 Anode-Hole Injection 모델과 Hydrogen-Released 모델의 내용을 모두 포함하게 된다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국해양정보통신학회 2009년도 추계학술대회
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• pp.907-909
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• 2009

본 연구에서는 FinFET 제작시 단채널효과에 가장 큰 영향을 미치는 게이트산화막두께에 따른 문턱전압의 변화를 관찰하고자한다. 산화막두께의 영향을 분석하기 위하여 분석학적 3차원 포아송방정식을 이용한 전송모델을 사용하였다. 나노구조 FinFET에서 문턱전압에 영향을 미치는 구조적 요소 중 게이트 산화막은 매우 중요한 소자파라미터이다. 본 연구의 모델이 타당하다는 것을 입증하기 위하여 포텐셜분포값을 3차원 수치해석학적 값과 비교하였다. 결과적으로 본 연구에서 제시한 포텐셜모델이 3차원 수치해석학적 시뮬레이션모델과 매우 잘 일치하였으며 FinFET의 산화막두께에 따라 문턱전압특성을 분석하였다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국정보통신학회 2015년도 춘계학술대회
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• pp.839-841
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• 2015

본 연구에서는 비대칭 이중게이트 MOSFET의 채널길이와 채널두께의 비에 따른 드레인 유도 장벽 감소 현상의 변화에 대하여 분석하고자한다. 드레인 전압이 소스 측 전위장벽에 영향을 미칠 정도로 단채널을 갖는 MOSFET에서 발생하는 중요한 이차효과인 드레인 유도 장벽 감소는 문턱전압의 이동 등 트랜지스터 특성에 심각한 영향을 미친다. 드레인 유도 장벽 감소현상을 분석하기 위하여 포아송방정식으로부터 급수형태의 전위분포를 유도하였으며 차단전류가 $10^{-7}A/m$일 경우 비대칭 이중게이트 MOSFET의 상단게이트 전압을 문턱전압으로 정의하였다. 비대칭 이중게이트 MOSFET는 단채널효과를 감소시키면서 채널길이 및 채널두께를 초소형화할 수 있는 장점이 있으므로 본 연구에서는 채널길이와 두께 비에 따라 드레인 유도 장벽 감소를 관찰하였다. 결과적으로 드레인 유도 장벽 감소 현상은 단채널에서 크게 나타났으며 하단게이트 전압, 상하단 게이트 산화막 두께 그리고 채널도핑 농도 등에 따라 큰 영향을 받고 있다는 것을 알 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.214-214
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• 2010

단위면적 당 메모리 집적도를 높이기 위해 플래시 기억소자의 크기를 줄일 때, 셀 사이의 거리의 감소에 의한 간섭효과가 매우 커져 소자 크기의 축소가 한계에 도달하고 있다. 이러한 문제점을 개선하기 위해 본 연구에서는 fringing field 효과를 이용한 SONOS 구조 게이트 위에 금속 공간층을 가지는 플래시 메모리 소자를 연구하였다. 소자에 소스와 드레인에 도핑을 하는 공정단계를 거치지 않아도 되는 fringing field 효과를 이용한 SONOS 구조를 가진 기억소자에서 트랩층 양 쪽에 절연막을 증착하고 게이트 외측으로부터 트랩층 양 쪽 절연막까지 금속을 증착시켜 금속 공간층을 형성하였다. 게이트에 전압을 인가할 때 트랩층 절연막 외측의 금속 공간층 영역에도 동시에 전압이 인가되므로 게이트가 스위칭 역할을 충분히 하게 하기 위해서 트랩층 양 쪽 절연막 두께를 블로킹 산화막 두께와 같게 하였다. 소자의 누설전류를 감소하기 위하여 채널 아래 부분에 boron으로 halo 도핑을 하였다. 제안한 기억소자가 fringing field 효과에 의해 동작하는 것을 확인하기 위하여 Sentaurus를 사용하여 제시한 SONOS 구조를 가진 기억소자의 전기적 특성을 조사하였다. 시뮬레이션을 통해 얻은 금속 공간층이 있을 때와 없을 때에 대한 각 상태에서 같은 조건으로 트랩층에 전하를 트랩 시켰을 때 포획된 전하량이 변하였다. 각 상태에서 제어게이트에 읽기 전압을 인가하여 전류-전압 특성 곡선을 얻었으며, 각 상태에서의 문턱전압의 변화를 통해 금속 공간층이 있을 때 간섭효과가 감소하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.259-259
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• 2016

반도체 산업 전반에 걸쳐 이루어지고 있는 연구는 소자를 더 작게 만들면서도 구동능력은 우수한 소자를 만들어내는 것이라고 할 수 있다. 따라서 소자의 미세화와 함께 트랜지스터의 구동능력의 향상을 위한 기술개발에 대한 필요성이 점차 커지고 있으며, 고유전(high-k)재료를 트랜지스터의 게이트 절연막으로 이용하는 방법이 개발되고 있다. High-k 재료를 트랜지스터의 게이트 절연막에 적용하면 낮은 전압으로 소자를 구동할 수 있어서 소비전력이 감소하고 소자의 미세화 측면에서도 매우 유리하다. 그러나, 초미세화된 소자를 제작하기 위하여 high-k 절연막의 두께를 줄이게 되면, 전기적 용량(capacitance)은 커지지만 에너지 밴드 오프셋(band-offset)이 기존의 실리콘 산화막(SiO2)보다 작고 또한 열공정에 의해 쉽게 결정화가 이루어지기 때문에 누설전류가 발생하여 소자의 열화를 초래할 수 있다. 따라서, 최근에는 이러한 문제를 해결하기 위하여 게이트 절연막 엔지니어링을 통해서 누설전류를 줄이면서 전기적 용량을 확보할 수 있는 연구가 주목받고 있다. 본 실험에서는 high-k 물질인 Ta2O5와 SiO2를 적층시켜서 누설전류를 줄이면서 동시에 높은 캐패시턴스를 달성할 수 있는 게이트 절연막 엔지니어링에 대한 연구를 진행하였다. 먼저 n-type Si 기판을 표준 RCA 세정한 다음, RF sputter를 사용하여 두께가 Ta2O5/SiO2 = 50/0, 50/5, 50/10, 25/10, 25/5 nm인 적층구조의 게이트 절연막을 형성하였다. 다음으로 Al 게이트 전극을 150 nm의 두께로 증착한 다음, 전기적 특성 개선을 위하여 furnace N2 분위기에서 $400^{\circ}C$로 30분간 후속 열처리를 진행하여 MOS capacitor 소자를 제작하였고, I-V 및 C-V 측정을 통하여 형성된 게이트 절연막의 전기적 특성을 평가하였다. 그 결과, Ta2O5/SiO2 = 50/0, 50/5, 50/10 nm인 게이트 절연막들은 누설전류는 낮지만, 큰 용량을 얻을 수 없었다. 한편, Ta2O5/SiO2 = 25/10, 25/5 nm의 조합에서는 충분한 용량을 확보할 수 있었다. 적층된 게이트 절연막의 유전상수는 25/5 nm, 25/10 nm 각각 8.3, 7.6으로 비슷하였지만, 문턱치 전압(VTH)은 각각 -0.64 V, -0.18 V로 25/10 nm가 0 V에 보다 근접한 값을 나타내었다. 한편, 누설전류는 25/10 nm가 25/5 nm보다 약 20 nA (@5 V) 낮은 것을 확인할 수 있었으며 절연파괴전압(breakdown voltage)도 증가한 것을 확인하였다. 결론적으로 Ta2O5/SiO2 적층 절연막의 두께가 25nm/10nm에서 최적의 특성을 얻을 수 있었으며, 본 실험과 같이 게이트 절연막 엔지니어링을 통하여 효과적으로 누설전류를 줄이고 게이트 용량을 증가시킴으로써 고집적화된 소자의 제작에 유용한 기술로 기대된다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제19권11호
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• pp.2643-2648
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• 2015

본 연구에서는 비대칭 이중게이트 MOSFET의 채널 내 도핑농도분포에 대한 드레인유도장벽감소(Drain Induced Barrier Lowering; DIBL)에 대하여 분석하고자한다. DIBL은 드레인 전압에 의하여 소스 측 전위장벽이 낮아지는 효과로서 중요한 단채널 효과이다. 이를 분석하기 위하여 포아송방정식을 이용하여 해석학적 전위분포를 구하였으며 전위분포에 영향을 미치는 채널도핑농도의 분포함수변화에 대하여 DIBL을 관찰하였다. 채널길이, 채널두께, 상하단 게이트 산화막 두께, 하단 게이트 전압 등을 파라미터로 하여 DIBL을 관찰하였다. 결과적으로 DIBL은 채널도핑 농도분포함수의 변수인 이온주입범위 및 분포편차에 변화를 나타냈다. 특히 두 변수에 대한 DIBL의 변화는 최대채널도핑농도가 $10^{18}/cm^3$ 정도로 고도핑 되었을 경우 더욱 현저히 나타나고 있었다. 채널길이가 감소할수록 그리고 채널두께가 증가할수록 DIBL은 증가하였으며 하단 게이트 전압과 상하단게이트 산화막 두께가 증가할수록 DIBL은 증가하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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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.

• 대한전자공학회논문지
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• 제19권1호
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• pp.9-13
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• 1982

본실험에서는 N형 Si기판 내부에 P+소오스, 드레인 영역동 마련하고 게이트전극으로서는 PH₃ 를 첨가한 구조로서 Poly-Si gate MOSFET를 제작하여 이에 대한 잡음 특성에 관해 고찰하였다. 실험결과 게이트 면적이 일정하고 막두께가 비교적 두꺼울때는 W/L비 1이상에서는 잡음이 정감되는 경향으로 대체로 이론에 일치하지만 1이하에서는 막두께에 따른 변화는 완만하다는 것이 실증되었다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제41권11호
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• pp.7-13
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• 2004

두께가 약 3 nm 인 게이트 산화막을 갖는 P 및 NMOSFET를 제조하여 높은 압력 (5 atm.)의 중수소 및 수소 분위기에서 후속 열처리를 각각 행하여 중수소 효과(동위원소 효과)를 관찰하였다. 소자에 대한 스트레스는 -2.5V ≤ V/sub g/ ≤-4.0V 범위에서 100℃의 온도를 유지하며 진행되었다. 낮은 스트레스 전압에서는 실리콘 계면에 존재하는 정공에 의하여 게이트 산화막의 열화가 진행되었다. 그러나 스트레스 전압을 증가시킴으로써 높은 에너지를 갖는 전자에 의한 계면 결함 생성이 열화의 직접적인 원인이 됨을 알 수 있었다. 본 실험조건에서는 실리콘 계면에서 phonon 산란이 많이 발생하여 impact ionization에 의한 "hot" 정공의 생성은 무시할 수 있었다. 중수소 열처리를 행함으로써 수소 열처리에 비해 소자의 파라미터 변화가 적었으며, 게이트 산화막의 누설전류도 억제됨이 확인되었다. 이러한 결과로부터 impact ionization이 발생되지 않을 정도의 낮은 스트레스 전압동안 발생하는 게이트 산화막내 결함 생성은 수소 결합과 직접적인 관계가 있음을 확인하였다.