• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.142-142
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• 2010

본 논문은 단결정 및 다결정 실리콘 기판 상에 아산화질소 플라즈마 처리를 통하여 형성한 초박형 실리콘 옥시나이트라이드 박막의 특성과 이의 어플리케이션에 관한 것이다. 초박형 절연막은 현재 다양한 전자소자의 제작과 특성 향상을 위하여 활용되고 있으나 일반적인 화학 기상 증착 방법으로는 균일도를 확보하기 어려운 문제점을 가지고 있다. 디스플레이의 구동소자로 활용되는 박막 트랜지스터의 특성 향상과 비휘발성 메모리 소자의 터널링 박막에 응용하기 위하여 초박형 실리콘 옥시나이트라이드 박막의 증착과 이의 특성을 분석하였고, 실제 어플리케이션에 적용하였다. 실리콘 산화막과 실리콘 계면상에 존재하는 질소는 터널링 전류와 결함 형성을 감소시키며, 벌크 내에 존재하는 질소는 단일 실리콘 산화막에 비해 더 두꺼운 박막을 커패시턴스의 감소없이 이용할 수 있는 장점이 있다. 아산화질소 플라즈마를 이용하여 활성화된 질소 및 산소 라디칼들이 실리콘 계면을 개질하여 초박형 실리콘 옥시나이트라이드 박막을 형성할 수 있다. 플라즈마 처리 시간과 RF power의 변화에 따라 형성된 실리콘 옥시나이트라이드 박막의 두께 및 광학적, 전기적 특성을 분석하였다. 아산화질소 플라즈마 처리 방법을 사용한 실리콘 옥시나이트라이드 박막을 시간과 박막 두께의 함수로 전환해보면 초기적으로 증착률이 높고 시간이 지남에 따라 두께 증가가 포화상태에 도달함을 확인할 수 있다. 아산화질소 플라즈마 처리 시간의 변화에 따라 형성된 박막의 전기적인 특성의 경우, 플라즈마 처리 시간이 짧은 실리콘 옥시나이트라이드 박막의 경우 전압의 변화에 따라 공핍영역에서의 기울기가 현저히 감소하며 이는 플라즈마에 의한 계면 손상으로 계면결합 전하량이 증가에 기인한 것으로 판단된다. 또한, 전류-전압 곡선을 활용하여 측정한 터널링 메카니즘은 2.3 nm 이하의 두께를 가진 실리콘 옥시나이트라이드 박막은 직접 터널링이 주도하며, 2.7 nm 이상의 두께를 가진 실리콘 옥시나이트라이드 박막은 F-N 터널링이 주도하고 있음을 확인할 수 있다. 결론적으로 실리콘 옥시나이트라이드 박막을 활용하여 전기적으로 안정한 박막트랜지스터를 제작할 수 있었으며, 2.5 nm 두께를 경계로 터널링 메커니즘이 변화하는 특성을 이용하여 전하 주입 및 기억 유지 특성이 효과적인 터널링 박막을 증착하였고, 이를 바탕으로 다결정 실리콘 비휘발성 메모리 소자를 제작하였다.

• 전자공학회지
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• 제42권7호
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• pp.54-59
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• 2015

• 전자공학회지
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• 제43권1호
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• pp.18-23
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• 2016

• 전자통신동향분석
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• 제20권5호통권95호
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• pp.28-45
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• 2005

무어의 법칙을 근간으로 하는 전계효과 트랜지스터는 매 18개월마다 0.7배씩의 성공적인 소형화를 거듭하여 최근에는 50nm 크기로 구성된 약 1억 개의 트랜지스터가 집적된 칩을 생산하고 있다. 그러나 트랜지스터의 크기가 50nm 이하로 줄어들면서는 단순한 소형화 과정은 근본적인 물리적인 한계에 접근하게 되었다. 특히 게이트 절연막의최소 두께는 트랜지스터의 소형화에 가장 직접적인 중요한 요소이나, 실리콘 산화막의 두께가 2nm 이하가 되면서 게이트 절연막을 집적 터널링하는 전자에 의한 누설전류의 급격한 증가로 인하여 그 사용이 어려워지고 있는 추세이다. 따라서 본 논문에서는 트랜지스터의 소형화에 악영향을 미치는 물리적인 한계요소에 대하여 살펴보고, 이러한 소형화의 한계를 뛰어넘기 위한 노력의 일환으로 연구되고 있는 이중게이트 구조의 트랜지스터, 쇼트키 트랜지스터, 나노선을 이용한 트랜지스터 및 분자소자 등의 새로운 소자구도에 대하여 살펴보고자 한다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국정보통신학회 2016년도 춘계학술대회
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• pp.450-452
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• 2016

2차원 TCAD 시뮬레이션을 이용하여 L-shaped 터널링 전계효과 트랜지스터(Tunnel Field-Effect Transistor; TFET)의 도핑농도에 따른 효과를 조사했다. 소스 도핑이 $10^{20}cm^{-3}$ 이상에서 subthreshold swing (SS)이 가장 낮고, 드레인 도핑농도는 $10^{18}cm^{-3}$이하로 하는 것이 음전압에 생기는 누설전류를 막을 수 있다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2009년도 하계학술대회 논문집
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• pp.260-260
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• 2009

초박형 절연막은 현재 다양한 전자소자의 제작과 향상을 위하여 활용되고 있으며, 일반적인 화학 기상 증착 방법으로는 균일도를 확보하기 어려운 문제점을 가지고 있다. 본 논문에서는 디스플레이의 구동소자로 활용되는 박막 트랜지스터의 특성 향상과 비휘발성 메모리 소자의 터널링 박막에 응용하기 위하여 초박형 실리콘 옥시나이트라이드 박막의 증착과 이의 특성을 분석하였다. 실리콘 옥시나이트라이드 박막은 실리콘 산화막에 질소가 주입되어 있는 형태로 실리콘 산화막과 실리콘 계면상에 존재하는 질소는 터널링 전류와 결함 형성을 감소시키며, bulk 내에 존재하는 질소는 단일 실리콘 산화막에 비해 더 두꺼운 박막을 커패시턴스의 감소없이 이용할 수 있는 장점이 있다. 플라즈마 처리 기법을 이용하였을 경우에는 초박형의 균일한 박막을 얻을 수 있으며, 본 연구에서는 이산화질소 플라즈마를 이용하여 활성화된 질소 및 산소 라디칼들이 실리콘 계면을 개질하여 초박형 실리콘 옥시나이트라이드 박막을 형성활 수 있다. 플라즈마 처리 시간과 RF power의 변화에 따라 형성된 실리콘 옥시나이트라이드 박막의 두께 및 광학적 특성은 엘립소미터를 통하여 분석하였으며, 전기적인 특성은 금속-절연막-실리콘의 MIS 구조를 형성하여 커패시턴스-전압 곡선과 전류-전압 곡선을 사용하여 평가하였다. 이산화질소 플라즈마 처리 방법을 사용한 실리콘 옥시나이트라이드 박막을 log-log 스케일로 시간과 박막 두께의 함수로 전환해보면 선형적인 증가를 나타내며, 이는 초기적으로 증착률이 높고 시간이 지남에 따라 두께 증가가 포화상태에 도달함을 확인할 수 있다. 실리콘 옥시나이트라이드 박막은 초기적으로 산소의 함유량이 많은 형태의 박막으로 구성되며, 시간의 증가에 따라서 질소의 함유량이 증가하여 굴절률이 높고 더욱 치밀한 형태의 박막이 형성되었으며, 이는 시간의 증가에 따라 플라즈마 챔버 내에 존재하는 활성종들은 실리콘 박막의 개질을 통한 실리콘 옥시나이트라이드 박막의 두께 증가에 기여하기 보다는 형성된 박막의 내부적인 성분 변화에 기여하게 된다. 이산화질소 플라즈마 처리 시간의 변화에 따라 형성된 박막의 정기적인 특성의 경우, 2.3 nm 이상의 실리콘 옥시나이트라이드 박막을 가진 MIS 구조에서 accumulation과 inversion의 특성이 명확하게 나타남을 확인할 수 있다. 아산화질소 플라즈마 처리 시간이 짧은 실리콘 옥시나이트라이드 박막의 경우 전압의 변화에 따라 공핍영역에서의 기울기가 현저히 감소하며 이는 플라즈마에 의한 계면 손상으로 계면결합 전하량이 증가에 기인한 것으로 판단된다. 또한, 전류-전압 곡선을 활용하여 측정한 터널링 메카니즘은 2.3 nm 이하의 두께를 가진 실리콘 옥시나이트라이드 박막은 직접 터널링이 주도하며, 2.7 nm 이상의 두께를 가진 실리콘 옥시나이트라이드 박막은 F-N 터널링이 주도하고 있음을 확인할 수 있다. 즉, 2.5 nm 두께를 경계로 하여 실리콘 옥시나이트라이드 박막의 터널링 메카니즘이 변화함을 확인할 수 있다. 결론적으로 2.3 nm 이상의 두께를 가진 실리콘 옥시나이트라이드 박막에서 전기적인 안정성을 확보할수 있어 박막트랜지스터의 절연막으로 활용이 가능하며 2.5 nm 두께를 경계로 터널링 메커니즘이 변화하는 특성을 이용하여 비휘발성 메모리 소자 제작시 전하 주입 및 기억 유지 특성을 확보를 위한 실리콘 옥시나이트라이드 터널링 박막을 효과적으로 선택하여 활용할 수 있다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제21권5호
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• pp.869-875
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• 2017

본 연구에서는 TCAD 시뮬레이션을 이용하여 4가지 터널링 전계효과 트랜지스터(Tunnel Field-Effect Transistors; TFETs) 구조에 따른 특성을 조사하였다. 단일게이트 TFET(SG-TFET), 이중게이트 TFET(DG-TFET), L-shaped TFET(L-TFET), Pocket-TFET(P-TFET)의 4가지 TFET를 유전율과 채널 길이를 변화함에 따라서 드레인 전류-게이트전압 특성을 시뮬레이션해서 문턱전압이하 스윙(Subthreshold Swing; SS)과 구동 전류(On-current)면에서 비교하였다. 고유전율을 가지며 라인 터널링을 이용하는 L-TFET 구조와 P-TFET 구조가 포인트 터널링을 이용하는 SG-TFET와 DG-TFET보다 구동전류면에서 10배 이상 증가하였고, SS면에서 20 mV/dec이상 감소하였다. 특히, 고유전율을 가진 P-TFET의 주 전류 메카니즘이 포인트 터널링에서 라인터널링으로 변화하는 험프현상이 사라지면서 SS가 매우 향상되는 것을 보였다. 4가지 TFET 구조의 분석을 통해 포인트터널링을 줄이고 라인터널링을 강조하는 새로운 TFET 구조의 가이드 라인을 제시한다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국정보통신학회 2017년도 추계학술대회
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• pp.454-456
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• 2017

다양한 양자모델(Quantum model)을 적용한 터널 전계 효과 트랜지스터(tunnel field effect transistor; TFET)의 전류 및 커패시턴스(Capacitance)-전압 특성을 조사하였다. 사용된 양자 모델은 density gradient, Bohm Quantum Potential(BQP), Vandort quantum correction 모델을 슈뢰딩거-푸아송 모델과 calibration하여 사용하였다. BQP, Vandort, density gradient 모두 구동전류는 감소하였다. BQP를 단독으로 사용한 경우에 SS(subthreshold swing)와 on-set 전압($V_{onset}$)은 일정하지만 구동전류에서만 약 3배 전류가 감소하였으며, BQP와 Vandort 사용한 경우와 density gradient를 사용한 경우에 모두 $V_{onset}$이 약 0.07 eV 이동하였으며, SS가 40 mV/dec 이상으로 증가하였다.

• 전자공학회논문지
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• 제49권12호
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• pp.179-183
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• 2012

3차원 시뮬레이션을 이용하여 터널링 전계효과 트랜지스터(TFET)의 불순물 분포 변동(RDF) 효과에 대해 살펴보았다. TFET의 RDF 효과는 매우 낮은 바디 도핑 농도 때문에 많이 논의되지 않았다. 하지만 본 논문에서는 임의로 생성되고 분포되는 소스 불순물이 TFET의 문턱전압 ($V_{th}$)과 드레인 유기 전류 증가 (DICE), 문턱전압이하 기울기 (SS)의 변화를 증가시킴을 발견하였다. 또한, TFET의 RDF 효과를 감소시킬 수 있는 몇 가지 방법을 제시하였다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제49권4호
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• pp.1-6
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• 2012

본 논문에서는 고주파에서 동작하는 터널링 전계효과 트랜지스터 (TFET)의 소신호 파라미터 추출과 이에 대한 분석을 다루고 있다. 시뮬레이션으로 구현된 TFET의 채널 길이는 50 nm에서 100 nm 사이에서 변화되었다. Conventional planar MOSFET 기반의 quasi-static 모델을 이용하여 TFET의 파라미터 추출이 이루어졌으며 다른 채널 길이를 갖는 TFET에 대한 소신호 파라미터의 값을 게이트 바이어스 변화에 따라서 추출하였다. 추출 결과로부터 effective gate resistance와 transconductance, source-drain conductance, gate capacitance 등 주요 파라미터의 채널 길이 변화에 따른 경향성이 conventional MOSFET과 상당히 다른 것을 확인하였다. 그리고 $f_T$는 MOSFET과 달리 게이트 길이 역수의 값에 정확히 반비례하는 특성을 보였으며 TFET의 고주파 특성 향상을 transconductance의 개선이 아닌 gate capacitance의 감소에 의하여 가능함을 알 수 있었다.