Kim, Do-Yeong;Choe, Seok-Won;An, Byeong-Jae;Lee, Jun-Sin
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers C
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v.48
no.12
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pp.755-760
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1999
Various fluoride films were investigated for a gate insulator of thin film transistor application. Conventional oxide containing materials like $SiO_2\;Ta_2O_5\; and \; Al_2O_3$ exhibited high interface states which lead to an increased threshold voltage and poor stability of TFT. In this paper, we investigated gate insulators using a binary matrix system of fluoride such as $CaF_2,\; SrF_2\; MgF_2,\; and\; BaF_2$. These materials exhibited an improvement in lattice mismatch, interface state and electrical stability. MIM and MIS devices were employed for an electrical characterization and structural property examination. Among the various fluoride materials, $CaF_2$ film showed an excellent lattice mismatch of 5%, breakdown electric field higher than 1.2MV/cm and leakage current density of $10^{-7}A/cm^2$. MIS diode having $Ca_2$ film as an insulation layer exhibited the interface states as low as $1.58\times10^{11}cm^{-2}eV^{-1}$. This paper probes a possibility of new gate insulator materials for TFT applications.
When a $Ta_O_5$ dielectric film is deposited on a bare silicon, the growth of $SiO_2$ at the $Ta_O_5$/Si interface cannot be avoided. Even though the $SiO_2$ layer is ultrathin (a few nm), it has great effects on the electrical properties of the capacitor. The concentration depth profiles of the ultrathin interfacial $SiO_2$ and $SiO_2/Si_3N_4$ layers were obtained using an Auger electron spectroscopy (AES) equipped with a cylindrical mirror analyzer (CMA). These AES depth profiles were quantitatively analyzed by comparing with the theoretical depth profiles which were obtained by considering the inelastic mean free path of Auger electrons and the angular acceptance function of CMA. The direct measurement of the interfacial layer thicknesses by using a high resolution cross-sectional TEM confirmed the accuracy of the AES depth analysis. The $SiO_2/Si_3N_4$ double layers, which were not distinguishable from each other under the TEM observation, could be effectively analyzed by the AES depth profiling technique.
Ferroelectric $Sr_{0.7}Bi_{2.1}Ta_{2.0}O_9$ thin films with 200 nm thicknesses were deposited on $Pt/Ti/SiO_2/Si$ substrate by liquid delivery MOCVD process. In these experiments, $Sr(TMHD)_2{\cdot}pmdeta,\; Bi(ph)_3$ and $Ta(O^i/Pr)_4(TMHD)$ were used as precursors, which were dissolved in n-butyl acetate and pentamethyldiethylenetriamine. Substrate temperature and reactor pressure of this experiment was $570^{\circ}C$and 5 Torr, respectively. The remanent polarization value (2Pr) of SBT thin film with annealed at $780^{\circ}C$was$7.247{\mu}C/cm^2$and$8.485 {\mu}C/cm^2$by applying 3 V and 5 V, respectively.
To develop array magnetic sensors, specular-type giant magnetoresistive- spin valve (GMR-SV) film of Glass/Ta(5)MiFe(7)/IrMn(10)NiFe(5)/$O_2$/CoFe(5)/Cu(2.6)/CoFe(5)/$O_2$/NiFe(7)/Ta(5)(nm) was deposited by using a high-vacuum sputtering system. One of 15 way sensors in the area of $8{\times}8mm^2$ was Patterned a size of $20{\times}80{\mu}m^2$ in multilayer sample by Photo-lithography. All of 15 sensors with Cu electrodes were measured a uniform magnetic properties by 2-probe method. The highest magnetic sensitivity of MR and output voltage measured nearby an external magnetic field of 5 Oe were MS = 0.5%/Oe and ${\triangle}$V= 3.0 mV, respectively. An easy-axis of top-free layers of $CoFe/O_2/NiFe$ with shape anisotropy was perpendicular to one of bottom-pinned layers $IrMn/NiFe/O_2/CoFe$. When the sensing current increased from 1 mA to 10 mA, the output working voltage uniformly increased and the magnetic sensitivity was almost stable to use the nano-magnetic devices with good sensitive properties.
CeO$_2$ and SrBi$_2$Ta$_2$O$_{9}$ (SBT) thin films for MFISFET (Metal-ferroelectric-insulator-semiconductor-field effect transistor) were deposited by r.f. sputtering and pulsed laser ablation method, respectively. The effects of sputtering gas ratio(Ar:O$_2$) during deposition for CeO$_2$ films were investigated. The CeO$_2$ thin films deposited on Si(100) substrate at $600^{\circ}C$ exhibited (200) preferred orientation. The preferred orientation, Brain size and surface roughness of films decreased with increasing oxygen to argon gas ratio. The films deposited under the condition of Ar:O$_2$= 1 : 1 showed the best C- V characteristics. The leakage current of films showed the order of 10$^{-7}$ ~10$^{-8}$ A at 100kV/cm. The SBT thin films on CeO$_2$/Si substrate showed dense microstructure of polycrystalline phase. From the C-V characteristics of MFIS structure with SBT film annealed at 80$0^{\circ}C$, the memory window width was 0.9V at 5V The leakage current density of Pt/SBT/CeO$_2$/Si structure annealed at 80$0^{\circ}C$ was 4$\times$10$^{-7}$ /$\textrm{cm}^2$ at 5V.
Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics A
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v.29A
no.3
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pp.87-95
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1992
The electrical characteristics of Al/TaS12TOS15T/SiOS12T/Si metal insulator-semiconductor (MIS) capacitors were studied. Tantalum pentoxide thin films on SiOS12T/p-Si substrate have been prepared by thermal oxidation at 450-$600^{\circ}C$ of sputter deposited tantalum films. Composition and structures of the tantalum oxide films were examined by AES and XRD. From the C-V analysis, dielectric constant of TaS12TOS15T which were oxidized at 55$0^{\circ}C$ for 1h in OS12T were 18-23, the value depending on the oxidation and annealing temperature. The leakage current density was found to be about 10S0-10T-10S0-9T A/cmS02T at an applied electric field of 1 MV/cm. The dielectric breakdown strength of the tantalum oxide films annealed at 100$0^{\circ}C$ were in the range from 2.5MV/cm to 2.8 MV/cm.
Lee G. R.;Shin C. S.;Petrov I.;Greene J, E.;Lee J. J.
Journal of Surface Science and Engineering
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v.38
no.2
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pp.65-68
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2005
The effect of crystal orientation and microstructure on the mechanical properties of $TaN_x$ was investigated. $TaN_x$ films were grown on $SiO_2$ substrates by ultrahigh vacuum unbalanced magnetron sputter deposition in mixed $Ar/N_2$ discharges at 20 mTorr (2.67 Pa) and at $350^{\circ}C$. Unlike the Ti-N system, in which TiN is the terminal phase, a large number of N-rich phases in the Ta-N system could lead to layers which had nano-sized lamella structure of coherent cubic and hexagonal phases, with a correct choice of nitrogen fraction in the sputtering mixture and ion irradiation energy during growth. The preferred orientations and the micro-structure of $TaN_x$ layers were controlled by varing incident ion energy $E_i\;(=30eV\~50eV)$ and nitrogen fractions $f_{N2}\;(=0.1\~0.15)$. $TaN_x$ layers were grown on (0002)-Ti underlayer as a crystallographic template in order to relieve the stress on the films. The structure of the $TaN_x$ film transformed from Bl-NaCl $\delta-TaN_x$ to lamellar structured Bl-NaCl $\delta-TaN_x$ + hexagonal $\varepsilon-TaN_x$ or Bl-NaCl $\delta-TaN_x$ + hexagonal $\gamma-TaN_x$ with increasing the ion energy at the same nitrogen fraction $f_{N2}$. The hardness of the films also increased by the structural change. At the nitrogen fraction of $0.1\~0.125$, the structure of the $TaN_x$ films was changed from $\delta-TaN_x\;+\;\varepsilon-TaN_x\;to\;\delta-TaN_x\;+\;\gamma-TaN_x$ with increasing the ion energy. However, at the nitrogen fraction of 0.15 the film structure did not change from $\delta-TaN_x\;+\;\varepsilon-TaN_x$ over the whole range of the applied ion energy. The hardness increased significantly from 21.1 GPa to 45.5 GPa with increasing the ion energy.
RuO$_3$ thin films were deposited on Si(100) substrate at low temperatures by hot-wall metalorganic chemical vapor deposition. Bis(cyclopentadienyl) ruthenium, Ru$(C_5H_5)_2$, was used as the precursor RuO$_2$single phase was obtained at a low deposition temperature of 25$0^{\circ}C$ and the crystallinity of RuO$_2$thin films improved with increasing deposition temperature. RuO$_2$thin films grow perpendicularly to the substrate and show the columnar structure. The grain size of RuO$_2$films drastically increases with increasing the deposition temperature. The resistivity of the 180 nm-thick RuO$_2$thin films deposited at 27$0^{\circ}C$ was 136 $\mu$$\Omega$-cm and increased with decreasing film thickness. SrBi$_2Ta_2O_4$ thin films deposited by rf magnetron sputtering on the RuO$_2$bottom electrodes showed a fatigue-free characteristics up to ~10$^10$ cycles under 5 V bipolar square pulses and the remanent polarization, 2 P$_r$ and the coercive field, 2 E, were 5.2$\mu$C/$\textrm{cm}^2$ and 76.0 kV/cm, respectively, for an applied voltage of 5 V The leakage current density was about 7.0$\times$10$^{-6}$ A/$\textrm{cm}^2$ at 150 kV/cm.
The optical properties and intrinsic stress of $Ta_{2}O_{5}$ thin films deposited by Dual ion-Beam Sputtering: (DIBS) and Single ion-Beam Sputtering (SIBS) were studied as a function of the substrate temperature and assist ion beam voltage. The refractive index showed the maximum value (n = 2.144) at $150^{circ}C$ in the SIBS process. When the substrate temperature has above $150^{circ}C$ in the SIBS process the refractive index decreased. In the DIBS process, the increase of the substrate temperature affected the increase of the refractive index at a maximum value (n = 2.1117, at $200^{circ}C$). The low temperature process $(<100^{circ}C)$ can greatly reduce residual stress with the assist ion gun, but the high temperature process was unaffected. As the assist ion beam voltage increase from 250 to 350 V the refractive index increased to 2.185. However, the refractive index was decreased at the range of 350-650 V, As the assist ion beam voltage increased, the stress of the deposited film decreased to 0.1834 GPa at 650 V.
We prepared ultra thin film structure of Si(100)/ $SiO_2$(200 nm)/Ta(5 nm)/Ni$_{80}$Fe$_{20/(l~15 nm)}$Ta(5 nm) using an inductively coupled plasma(ICP) helicon sputter. Magnetic properties and cross-sectional microstructures were investigated with a superconduction quantum interference device(SQUID) and a transmission electron microscope(TEM), respectively. We report that NiFe films of sub-3 nm thickness show the B$_{bulk}$ = 0 and B$_{surf}$=-3 ${\times}$ 10$^{-7}$(J/$m^2$). Moreover, Curie temperature may be lowered by decreasing thickness. Coercivity become larger as temperature decreased with 0.5 nm - thick Ta/NiFe interface intermixing. Our result implies that effective magnetic properties of magnetoelastic anisotropy, saturation magnetization, and coercivity may change abruptly in nano-thick films. Thus we should consider those abrupt changes in designing nano-devices such as MRAM applications.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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