• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 1998년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.239-242
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• 1998

Ca $F_2$ films have superior gate insulator properties than conventional gate insulator such as $SiO_2$, Si $N_{x}$, $SiO_{x}$, and T $a_2$ $O_{5}$ to the side of lattice mismatch between Si substrate and interface trap charge density( $D_{it}$). Therefore, this material is enable to apply Thin Film Transistor(TFT) gate insulator. Most of gate oxide film have exhibited problems on high trap charge density, interface state in corporation with O-H bond created by mobile hydrogen and oxygen atom. This paper performed Ca $F_2$ property evaluation as MIM, MIS device fabrication. Ca $F_2$ films were deposited at the various substrate temperature using a thermal evaporation. Ca $F_2$ films was grown as polycrystalline film and showed grain size variation as a function of substrate temperature and RTA post-annealing treatment. C-V, I-V results exhibit almost low $D_{it}$(1.8$\times$10$^{11}$ $cm^{-1}$ /le $V^{-1}$ ) and higher $E_{br}$ (>0.87MV/cm) than reported that formerly. Structural analysis indicate that low $D_{it}$ and high $E_{br}$ were caused by low lattice mismatch(6%) and crystal growth direction. Ca $F_2$ as a gate insulator of TFT are presented in this paper paperaper

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.331-331
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• 2012

With the NAND Flash scaling down, it becomes more and more difficult to follow Moore's law to continue the scaling due to physical limitations. Recently, three-dimensional (3D) flash memories have introduced as an ideal solution for ultra-high-density data storage. In 3D flash memory, as the process reason, we need to use poly-Si TFTs instead of conventional transistors. So, after combining charge trap flash (CTF) structure and poly-Si TFTs, the emerging device SONOS-TFTs has also suffered from some reliability problem such as hot carrier degradation, charge-trapping-induced parasitic capacitance and resistance which both create interface traps. Charge pumping method is a useful tool to investigate the degradation phenomenon related to interface trap creation. However, the curves for charge pumping current in SONOS TFTs were far from ideal, which previously due to the fabrication process or some unknown traps. It needs an optimization and the important geometrical effect should be eliminated. In spite of its importance, it is still not deeply studied. In our work, base-level sweep model was applied in SONOS TFTs, and the nonideal charge pumping current was optimized by adjusting the gate pulse transition time. As a result, after the optimizing, an improved charge pumping current curve is obtained.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제27권9호
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• pp.547-550
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• 2014

In this study, the electrical characteristics of the nickel (Ni)/carbon nanotube (CNT)/$SiO_2$ structures were investigated in order to analyze the mechanism of CNT in MOS device structures. We fabricated 4H-SiC MOS capacitors with or without CNTs. CNT was dispersed by isopropyl alcohol. The capacitance-voltage (C-V) and current-voltage (I-V) are characterized. Both devices were measured by Keithley 4200 SCS. The experimental flatband voltage ($V_{FB}$) shift was positive. Near-interface trap charge density ($N_{it}$) and negative oxide trap charge density ($N_{ox}$) value of CNT embedded MOS capacitors was less than that values of reference samples. Also, the leakage current of CNT embedded MOS capacitors is higher than reference samples. It has been found that its oxide quality is related to charge carriers and/or defect states in the interface of MOS capacitors.

• 전기전자학회논문지
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• 제18권4호
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• pp.447-455
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• 2014

본 연구에서는 4H-SiC MOSFET의 주요 문제점인 $SiC/SiO_2$ 계면의 특성을 향상시키기 위해 PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition) 공정을 이용하여 n-based 4H-SiC MOS Capacitor를 제작하였다. 건식 산화 공정의 낮은 성장속도, 높은 계면포획 밀도와 $SiO_2$의 낮은 항복전계 등의 문제를 극복하기 위하여 PECVD와 NO어닐링 공정을 사용하여 MOS Capacitor를 제작하였다. 제작이 끝난 후, MOS Capacitor의 계면특성을 hi-lo C-V 측정, I-V 측정 및 SIMS를 이용해 측정하고 평가하였다. 계면의 특성을 건식 산화의 경우와 비교한 결과 20% 감소한 평탄대 전압 변화, 25% 감소한 $SiO_2$ 유효 전하 밀도, 8MV/cm의 증가한 $SiO_2$ 항복전계 및 1.57eV의 유효 에너지 장벽 높이, 전도대 아래로 0.375~0.495eV만큼 떨어져 있는 에너지 영역에서 69.05% 감소한 계면 포획 농도를 확인함으로써 향상된 계면 및 산화막 특성을 얻을 수 있었다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제45권7호
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• pp.37-43
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• 2008

본 논문에서는 전하 펌프 방법 (Charge Pumping Method, CPM)를 이용하여 서로 다른 질화막 층을 가지는 N-Channel SANOS (Silicon-$Al_2O_3$-Nitride-Oxide-Silicon) Flash Memory Cell 트랜지스터의 트랩 특성을 규명하였다. SANOS Flash Memory에서 계면 및 질화막 트랩의 중요성은 널리 알려져 있지만 소자에 직접 적용 가능하면서 정화하고 용이한 트랩 분석 방법은 미흡하다고 할 수 있다. 기존에 알려진 분석 방법 중 전하 펌프 방법은 측정 및 분석이 간단하면서 트랜지스터에 직접 적용이 가능하여 MOSFET에 널리 사용되어왔으며 최근에는 MONOS/SONOS 구조에도 적용되고 있지만 아직까지는 Silicon 기판과 tunneling oxide와의 계면에 존재하는 트랩 및 tunneling oxide가 얇은 구조에서의 질화막 벌크 트랩 추출 결과만이 보고되어 있다. 이에 본 연구에서는 Trapping Layer (질화막)가 다른 SONOS 트랜지스터에 전하 펌프 방법을 적용하여 Si 기판/Tunneling Oxide 계면 트랩 및 질화막 트랩을 분리하여 평가하였으며 추출된 결과의 정확성 및 유용성을 확인하고자 트랜지스터의 전기적 특성 및 메모리 특성과의 상관 관계를 분석하고 Simulation을 통해 확인하였다. 분석 결과 계면 트랩의 경우 트랩 밀도가 높고 trap의 capture cross section이 큰 소자의 경우 전자이동도, subthreshold slop, leakage current 등의 트랜지스터의 일반적인 특성 열화가 나타났다. 계면 트랩은 특히 Memory 특성 중 Program/Erase (P/E) speed에 영향을 미치는 것으로 나타났는데 이는 계면결함이 많은 소자의 경우 같은 P/E 조건에서 더 많은 전하가 계면결함에 포획됨으로써 trapping layer로의 carrier 이동이 억제되기 때문으로 판단되며 simulation을 통해서도 동일한 결과를 확인하였다. 하지만 data retention의 경우 계면 트랩보다 charge trapping layer인 질화막 트랩 특성에 의해 더 크게 영향을 받는 것으로 나타났다. 이는 P/E cycling 횟수에 따른 data retention 특성 열화 측정 결과에서도 일관되게 확인할 수 있었다.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제22권2호
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• pp.101-106
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• 2009

In this paper, Thin films of $HfO_2$/Hf were deposited on p-type wafer by Atomic Layer Deposition (ALD). We studied the electrical and material characteristics of $HfO_2$/Hf/Si MOS capacitor depending on thickness of Hf metal layer. $HfO_2$ films were deposited using TEMAH and $O_3$ at $350^{\circ}C$. Samples were then annealed using furnace heating to $500^{\circ}C$. Round-type MOS capacitors have been fabricated on Si substrates with $2000\;{\AA}$-thick Pt top electrodes. The composition rate of the dielectric material was analyzed using TEM (Transmission Electron Microscopy), XRD (X-ray Diffraction) and XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy). Also the capacitance-voltage (C-V), conductance-voltage (G-V), and current-voltage (I-V) characteristics were measured. We calculated the density of oxide trap charges and interface trap charges in our MOS device. At the interface between $HfO_2$ and Si, both Hf-Si and Hf-Si-O bonds were observed, instead of Si-O bond. The sandwiched Hf metal layer suppressed the growing of $SiO_x$ layer so that $HfSi_xO_y$ layer was achieved. And finally, the generation of both oxide trap charge and interface trap charge in $HfO_2$ film was reduced effectively by using Hf metal layer.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.339-339
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• 2012

현재 MOS 소자에 사용되고 있는 $SiO_2$ 산화막은 그 두께가 얇아짐에 따라 Gate Leakage current와 여러 가지 신뢰성 문제가 대두되고 있고, 이를 극복하고자 High-k물질을 사용하여 기존에 발생했던 Gate Leakage current와 신뢰성 문제를 해결하고자 하고 있다. 본 실험에서는 High-k(hafnium) Gate Material에 온도 변화를 주었을 때 여러 가지 전기적인 특성 변화를 보는 방향으로 연구를 진행하였다. 기본적인 P-Type Si기판을 가지고, 그 위에 있는 자연적으로 형성된 산화막을 제거한 후 Hafnium Gate Oxide를 Atomic Layer Deposition (ALD)를 이용하여 증착하고, Aluminium을 전극으로 하는 MOS-Cap 구조를 제작한 후 FGA 공정을 진행하였다. 마지막으로 $300^{\circ}C$, $450^{\circ}C$로 30분정도씩 Annealing을 하여, 온도 조건이 다른 3가지 종류의 샘플을 준비하였다. 3가지 샘플에 대해서 각각 I-V (Gate Leakage Current), C-V (Mobile Charge), Interface State Density를 분석하였다. 그 결과 Annealing 온도가 올라가면 Leakage Current와 Dit(Interface State Density)는 감소하고, Mobile Charge가 증가하는 것을 확인할 수가 있었다. 본 연구는 향후 High-k 물질에 대한 공정 과정에서의 다양한 열처리에 따른 전기적 특성의 변화 대한 정보를 제시하여, 향후 공정 과정의 열처리에 대한 방향을 잡는데 도움이 될 것이라 판단된다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 1993년도 하계학술대회 논문집 B
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• pp.1268-1270
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• 1993

In this study, the characteristics of Si-$SiO_2$ interface and its degradation in short channel SONOSFET nonvolatile memory devices, fabricated by 1Mbit CMOS process($1.2{\mu}m$ design rule), with $65{\AA}$ blocking oxide layer, $205{\AA}$ nitride layer, and $30{\AA}$ tunneling oxide layer on the silicon wafer were investigated using the charge pumping method. For investigating the Si-$SiO_2$ interface characteristics before and after write/erase cycling, charge pumping current characteristics with frequencies, write/erase cycles, as a parameters, were measured. As a result, average Si-$SiO_2$ interface trap density and mean value of capture cross section were determined to be $1.203{\times}10^{11}cm^{-2}eV^{-1}\;and\;2.091{\times}10^{16}cm^2$ before write/erase cycling, respectively. After cycling, when the write/erase cycles are $10^4$, average $Si-SiO_2$ interface trap density was $1.901{\times}10^{11}cm^{-2}eV^{-1}$. Incresing write/erase cycles beyond about $10^4$, Si-$SiO_2$ interface characteristics with write/erase cycles was increased logarithmically.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2012년도 춘계학술발표대회
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• pp.77.1-77.1
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• 2012

Zn 기반 산화물 반도체는 기존의 비정질 Si에 비해 저온공정에도 불구하고 높은 이동도, 투명하다는 장점으로 인해 차세대 디스플레이용 백플레인 소자로 주목받고 있다. 산화물 트랜지스터는 우수한 소자특성을 보여주고 있지만, 온도, 빛, 그리고 게이트 바이어스 스트레스에 의한 문턱전압의 불안정성이 문제의 문제를 해결해야한다. 산화물 반도체의 문턱전압의 불안정성은 유전체와 채널층의 계면 혹은 채널에서의 charge trap, photo-generated carrier, ads-/desorption of molecular 등의 원인으로 보고되고 있어, 고신뢰성의 산화물 채널층을 성장하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 최근, 산화물 트랜지스터의 다양한 조건에서의 문턱전압의 불안정성을 해결하기 위해 산화물의 주된 결함으로 일컬어지고 있는 산소결핍을 억제하기 위해 성장공정의 제어 그리고, 산소와의 높은 binding energy를 같은 Al, Hf, Si 등과 같은 원소를 첨가하여 향상된 소자의 특성이 보고되고 있지만, 줄어든 산소공공으로 인해 이동도가 저하되는 문제점이 야기되고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 최근에는 Buried layer의 삽입 혹은 bi-channel 등과 같은 방안들이 제안되고 있다. 본 연구는 atomic layer deposition을 이용하여 AZO bureid layer가 적용된 ZnO 트랜지스터의 특성과 안정성에 대한 연구를 하였다. 다결정 ZnO 채널은 유전체와의 계면에 많은 interface trap density로 인해 positive gate bias stress에 의한 문턱전압의 불안정성을 보였지만, AZO층이 적용된 ZnO 트랜지스터는 줄어든 interface trap density로 인해 향산된 stability를 보였다.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제11권12호
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• pp.1122-1127
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• 1998

Group II-AF_2$films such as $CaF_2$, $SrF_2$, and $BaF_2$ have been commonly used many practical applications such as silicon on insulatro(SOI), three-dimensional integrated circuits, buffer layers, and gate dielectrics in filed effect transistor. This paper presents electrical and structural properties of fluoride films as a gate dielectric layer. Conventional gate dielectric materials of TFTs like oxide group exhibited problems on high interface trap charge density($D_it$), and interface state incorporation with O-H bond created by mobile hydrogen and oxygen atoms. To overcome such problems in conventional gate insulators, we have investigated $CaF_2$ films on Si substrates. Fluoride films were deposited using a high vacuum evaporation method on the Si and glass substrate. $CaF_2$ films were preferentially grown in (200) plane direction at room temperature. We were able to achieve a minimum lattice mismatch of 0.74% between Si and $CaF_2$ films. Average roughness of $CaF_2$ films was decreased from 54.1 ${\AA}$ to 8.40 ${\AA}$ as temperature increased form RT and $300^{\circ}C$. Well fabricated MIM device showed breakdown electric field of 1.27 MV/cm and low leakage current of $10^{-10}$ A/$cm^2$. Interface trap charge density between $CaF_2$ film and Si substrate was as low as $1.8{\times}10^{11}cm^{-2}eV^{-1}$.