• 제목/요약/키워드: Deuterium oxide

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Negative-bias Temperature Instability 및 Hot-carrier Injection을 통한 중수소 주입된 게이트 산화막의 신뢰성 분석 (Reliability Analysis for Deuterium Incorporated Gate Oxide Film through Negative-bias Temperature Instability and Hot-carrier Injection)

  • 이재성
    • 한국전기전자재료학회논문지
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    • 제21권8호
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    • pp.687-694
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    • 2008
  • This paper is focused on the improvement of MOS device reliability related to deuterium process. The injection of deuterium into the gate oxide film was achieved through two kind of method, high-pressure annealing and low-energy implantation at the back-end of line, for the purpose of the passivation of dangling bonds at $SiO_2/Si$ interface. Experimental results are presented for the degradation of 3-nm-thick gate oxide ($SiO_2$) under both negative-bias temperature instability (NBTI) and hot-carrier injection (HCI) stresses using P and NMOSFETs. Annealing process was rather difficult to control the concentration of deuterium. Because when the concentration of deuterium is redundant in gate oxide excess traps are generated and degrades the performance, we found annealing process did not show the improved characteristics in device reliability, compared to conventional process. However, deuterium ion implantation at the back-end process was effective method for the fabrication of the deuterated gate oxide. Device parameter variations under the electrical stresses depend on the deuterium concentration and are improved by low-energy deuterium implantation, compared to conventional process. Our result suggests the novel method to incorporate deuterium in the MOS structure for the reliability.

Suppression of Gate Oxide Degradation for MOS Devices Using Deuterium Ion Implantation Method

  • Lee, Jae-Sung
    • Transactions on Electrical and Electronic Materials
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    • 제13권4호
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    • pp.188-191
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    • 2012
  • This paper introduces a new method regarding deuterium incorporation in the gate dielectric including deuterium implantation and post-annealing at the back-end-of-the process line. The control device and the deuterium furnace-annealed device were also prepared for comparison with the implanted device. It was observed that deuterium implantation at a light dose of $1{\times}10^{12}-1{\times}10^{14}/cm^2$ at 30 keV reduced hot-carrier injection (HCI) degradation and negative bias temperature instability (NBTI) within our device structure due to the reduction in oxide charge and interface trap. Deuterium implantation provides a possible solution to enhance the bulk and interface reliabilities of the gate oxide under the electrical stress.

MOSFET 게이트 산화막내 결함 생성 억제를 위한 효과적인 중수소 이온 주입 (Deuterium Ion Implantation for The Suppression of Defect Generation in Gate Oxide of MOSFET)

  • 이재성;도승우;이용현
    • 대한전자공학회논문지SD
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    • 제45권7호
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    • pp.23-31
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    • 2008
  • 중수소 처리된 3 nm 두께의 게이트 산화막을 갖는 MOSFET를 제조하여 정전압 스트레스 동안의 게이트 산화막의 열화를 조사하였다. 중수소 처리는 열처리와 이온 주입법을 사용하여 각각 이루어졌다. 열처리 공정을 통해서는 게이트 산화막내 중수소의 농도를 조절하기가 힘들었다. 게이트 산화막내에 존재하는 과잉 중수소 결합은 열화를 가속시키기 때문에, 열처리 공정을 행한 소자에서 신뢰성이 표준공정에 의한 소자에 비해 저하되고 있음을 확인하였다. 그러나 중수소 이온 주입 방법을 통해서는 소자의 신뢰성이 개선됨을 확인하였다. 스트레스에 의한 게이트 누설 전류 변화 및 구동 특성 변화는 게이트 산화막내의 중수소 농도와 관련이 있으며, 이러한 특성은 적절한 공정 조건을 갖는 이온 주입법을 통해 개선할 수 있었다. 특히, 큰 스트레스 전압의 PMOSFET에서 중수소의 효과가 뚜렷하게 나타났으며, 이는 "hot" 정공과 중수소의 반응과 관련이 있는 것으로 판단된다.

중수소 이온 주입된 게이트 산화막을 갖는 MOSFET의 전기적 특성 (The Electrical Characteristics of MOSFET having Deuterium implanted Gate Oxide)

  • 이재성
    • 대한전자공학회논문지SD
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    • 제47권4호
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    • pp.13-19
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    • 2010
  • 중수소 결합이 존재하는 게이트 산화막을 갖는 MOSFET는 일반 MOSFET에 비해 신뢰성이 개선된다고 알려져 있다. 본 연구에서는 MOS 소자의 게이트 산화막내에 중수소를 분포시키기 위해 새로운 중수소 이온 주입법을 제안하였다. MOS 소자를 구성하는 층간 물질 및 중수소가 분포할 위치에 따라 중수소 이온 주입 에너지는 다양하게 변하게 된다. 이온 주입 후 발생할 수 있는 물질적 손상을 방지하기 위해 후속 열처리 공정이 수반된다. 제조된 일반 MOSFET를 사용하여 제안된 중수소이온 주입을 통해 게이트 산화막내 계면 및 bulk 결함이 감소함을 확인하였다. 그러나 이온 주입으로 인해 실리콘 기판의 불순물 농도가 변화할 수 있으므로 이온 주입 조건의 최적화가 필요하다. 중수소 이온 주입된 MOSFET의 CV 및 IV 특성 조사를 통해 이온 주입으로 인한 트랜지스터의 성능 변화는 발생하지 않았다.

중수소 이온 주입에 의한 MOS 커패시터의 게이트 산화막 절연 특성 개선 (Improvement of Gate Dielectric Characteristics in MOS Capacitor by Deuterium-ion Implantation Process)

  • 서영호;도승우;이용현;이재성
    • 한국전기전자재료학회논문지
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    • 제24권8호
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    • pp.609-615
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    • 2011
  • This paper is studied for the improvement of the characteristics of gate oxide with 3-nm-thick gate oxide by deuterium ion implantation methode. Deuterium ions were implanted to account for the topography of the overlaying layers and placing the D peak at the top of gate oxide. A short anneal at forming gas to nitrogen was performed to remove the damage of D-implantation. We simulated the deuterium ion implantation to find the optimum condition by SRIM (stopping and range of ions in matter) tool. We got the optimum condition by the results of simulation. We compare the electrical characteristics of the optimum condition with others terms. We also analyzed the electrical characteristics to change the annealing conditions after deuterium ion implantation. The results of the analysis, the breakdown time of the gate oxide was prolonged in the optimum condition. And a variety of annealing, we realized the dielectric property that annealing is good at longer time. However, the high temperature is bad because of thermal stress.

Metal-Oxide-Silicon (MOS) 구조에서 중수소 이온 주입된 게이트 산화막의 절연 특성

  • 서영호;도승우;이용현;이재성
    • 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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    • 한국전기전자재료학회 2009년도 추계학술대회 논문집
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    • pp.6-6
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    • 2009
  • We present an alternative process whereby deuterium is delivered to the location where the gate oxide reside by an implantation process. Deuterium ions were implanted using different energies to account for the topography of the overlaying layers and placing the D peak at the top of gate oxide. A short anneal at forming gas was performed to remove the D-implantation damage. We have observed that deuterium ion implantation into the gate oxide region can successfully remove the interface states and the bulk defects.

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Dielectrophoretic Alignment and Pearl Chain Formation of Single-Walled Carbon Nanotubes in Deuterium Oxide Solution

  • Lee, Dong Su;Park, Yung Woo
    • Carbon letters
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    • 제13권4호
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    • pp.248-253
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    • 2012
  • Dielectrophoretic filtering and alignment of single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) were tested using deuterium oxide as a solvent. A solution of deuterium oxide-SWCNTs was dropped on top of a silicon chip and an ac electric field was applied between pre-defined electrodes. Deuterium oxide was found to be a better solvent than hydrogen oxide for the dielectrophoresis process with higher efficiency of filtering. This was demonstrated by comparing Raman spectra measured on the initial solution with those measured on the filtered solution. We found that the aligned nanotubes along the electric field were not deposited on the substrate but suspended in solution, forming chain-like structures along the field lines. This so-called pearl chain formation of CNTs was verified by electrical measurements through the aligned tubes. The solution was frozen in liquid nitrogen prior to the electrical measurements to maintain the chain formation. The current-voltage characteristics for the sample demonstrate the existence of conduction channels in the solution, which are associated with the SWCNT chain structures.

수소 및 중수소가 포함된 실리콘 산화막의 전기적 스트레스에 의한 열화특성 (Degradation of Ultra-thin SiO2 film Incorporated with Hydrogen or Deuterium Bonds during Electrical Stress)

  • 이재성;백종무;정영철;도승우;이용현
    • 한국전기전자재료학회논문지
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    • 제18권11호
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    • pp.996-1000
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    • 2005
  • Experimental results are presented for the degradation of 3 nm-thick gate oxide $(SiO_2)$ under both Negative-bias Temperature Instability (NBTI) and Hot-carrier-induced (HCI) stresses using P and NMOSFETS, The devices are annealed with hydrogen or deuterium gas at high-pressure $(1\~5\;atm.)$ to introduce higher concentration in the gate oxide. Both interface trap and oxide bulk trap are found to dominate the reliability of gate oxide during electrical stress. The degradation mechanism depends on the condition of electrical stress that could change the location of damage area in the gate oxide. It was found the trap generation in the gate oxide film is mainly related to the breakage of Si-H bonds in the interface or the bulk area. We suggest that deuterium bonds in $SiO_2$ film are effective in suppressing the generation of traps related to the energetic hot carriers.

고압 중수소 열처리 효과에 의해 조사된 수소 결합 관련 박막 게이트 산화막의 열화 (Hydrogen-Related Gate Oxide Degradation Investigated by High-Pressure Deuterium Annealing)

  • 이재성
    • 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.

EVALUATION OF TECHNIQUES FOR ESTIMATING MILK PRODUCTION BY SOWS 1. DEUTERIUM OXIDE DILUTION METHOD FOR ESTIMATING MILK INTAKE BY PIGLETS

  • Prawirodigdo, S.;King, R.H.;Dunkin, A.C.;Dove, H.
    • Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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    • 제3권2호
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    • pp.135-141
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    • 1990
  • Two experiments were conducted to determine the validity of the deuterium oxide ($D_2O$) dilution method to estimate milk intake by pigs. A total of 39 piglets weaned from their dams 24 - 36 hours after birth and trained to drink from artificial nipples, were used for two experiments. Estimates of milk replacer consumption of individual piglets over 1, 3, 5 and 7 days were made by the $D_2O$ dilution method and by dissappearance. Milk intakes estimated by this $D_2O$ dilution method were significantly correlated ($R^2$ = 0.98-0.99) with milk intake measured by disappearance. The average difference between estimates by disappearance and estimates by the $D_2O$ dilution method were -1%, +0.5%, +0.5% and -2.1% for measurement period of 1, 3, 5 and 7 days respectively.