• Transactions on Electrical and Electronic Materials
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• 제5권5호
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• pp.169-172
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• 2004

Deep sub-micron device required to get the superior ultra thin gate oxide characteristics. In this research, I will recommend a novel shallow trench isolation structure(STI) for thin gate oxide and a $N_2$O gate oxide 30 $\AA$ by NO ambient process. The local oxidation of silicon(LOCOS) isolation has been replaced by the shallow trench isolation which has less encroachment into the active device area. Also for $N_2$O gate oxide 30 $\AA$, ultra thin gate oxide 30 $\AA$ was formed by using the $N_2$O gate oxide formation method on STI structure and LOCOS structure. For the metal electrode and junction, TiSi$_2$ process was performed by RTP annealing at 850 $^{\circ}C$ for 29 sec. In the viewpoints of the physical characteristics of MOS capacitor, STI structure was confirmed by SEM. STI structure was expected to minimize the oxide loss at the channel edge. Also, STI structure is considered to decrease the threshold voltage, result in a lower Ti/TiN resistance( Ω /cont.) and higher capacitance-gate voltage(C- V) that made the STI structure more effective. In terms of the TDDB(sec) characteristics, the STI structure showed the stable value of 25 % ～ 90 % more than 55 sec. In brief, analysis of the ultra thin gate oxide 30 $\AA$ proved that STI isolation structure and salicidation process presented in this study. I could achieve improved electrical characteristics and reliability for deep submicron devices with 30 $\AA$ $N_2$O gate oxide.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.406-406
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• 2010

일반적으로, 나노스케일의 MOS 소자에서는 게이트 절연체 두께가 감소함에 따라 tunneling effect의 증가로 인해 PID (plasma induced damage)로 인한 소자 특성 저하 현상을 감소하는 추세로 알려져 있다. 하지만 요즘 많이 사용되고 있는 high-k 게이트 절연체의 경우에는 오히려 더 많은 charge들이 trapping 되면서 PID가 오히려 더 심각해지는 현상이 나타나고 있다. 이러한 high-k 게이트 식각 시 현재는 주로 Hf-based wet etch나 dry etch가 사용되고 있지만 gate edge 영역에서 high-k 게이트 절연체의 undercut 현상이나 PID에 의한 소자특성 저하가 보고되고 있다. 본 연구에서는 이에 차세대 MOS 소자의 gate stack 구조중 issue화 되고 있는 metal gate 층과 gate dielectric 층의 식각공정에 각각 중성빔 식각과 중성빔 원자층 식각을 적용하여 전기적 손상 없이 원자레벨의 정확한 식각 조절을 해줄 수 있는 새로운 two step 식각 공정에 대한 연구를 진행하였다. 먼저 TiN metal gate 층의 식각을 위해 HBr과 $Cl_2$ 혼합가스를 사용한 중성빔 식각기술을 적용하여 100 eV 이하의 에너지 조건에서 하부층인 $HfO_2$와 거의 무한대의 식각 선택비를 얻었다. 하지만 100 eV 조건에서는 낮은 에너지에 의한 빔 스케터링으로 실제 패턴 식각시 etch foot이 발생되는 현상이 관찰되었으며, 이를 해결하기 위하여 먼저 높은 에너지로 식각을 진행하고 $HfO_2$와의 계면 근처에서 100 eV로 식각을 해주는 two step 방법을 사용하였다. 그 결과 anistropic 하고 하부층에 etch stop된 식각 형상을 관찰할 수 있었다. 다음으로 3.5nm의 매우 얇은 $HfO_2$ gate dielectric 층의 정확한 식각 깊이 조절을 위해 $BCl_3$와 Ar 가스를 이용한 중성빔 원자층 식각기술을 적용하여 $1.2\;{\AA}$/cycle의 단일막 식각 조건을 확립하고 약 30 cycle 공정시 3.5nm 두께의 $HfO_2$ 층이 완벽히 제거됨을 관찰할 수 있었다. 뿐만 아니라, vertical 한 식각 형상 및 향상된 표면 roughness를 transmission electron microscope(TEM)과 atomic force microscope (AFM)으로 관찰할 수 있었다. 이러한 중성빔 식각과 중성빔 원자층 식각기술이 결합된 새로운 gate recess 공정을 실제 MOSFET 소자에 적용하여 기존 식각 방법으로 제작된 소자 결과를 비교해 본 결과 gate leakage current가 약 one order 정도 개선되었음을 확인할 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.207.1-207.1
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• 2015

차세대 디스플레이 소자로서 TAOS TFT (transparent amorphous oxide semiconductor Thin Film Transistor)가 주목 받고 있다. 또한, 최근에는 값 비싼 전자 제품을 저렴하고 간단히 처분 할 수 있는 시스템으로 대신 하는 연구가 진행되고 있다. 그중, cellulose-fiber에 전기적 시스템을 포함시키는 e-paper에 대한 관심이 활발하다. cellulose fiber는 가볍고 깨지지 않으며 휘는 성질을 가지고 있다. 가격도 저렴하고 가공이 용이하여 차세대 기판의 재료로서 주목받고 있다. 하지만, cellulose-fiber 위에는 고온의 열처리공정과 고품질 박막 성장이 어려워서 TFT 제작에 어려움을 겪고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 산화물 반도체를 이용하여 TFT를 제작한 사례가 보고되고 있다. 또한, 채널 물질 뿐만 아니라 cellulose fiber에도 다른 물질을 첨가하거나 증착하여 전기적 화학적 특성을 개선시킨 사례도 많이 보고되고 있다. 본 연구에서는 가장 저품질의 용지로 알려진 신문지와 A4용지를 gate dielectric을 이용하여서 a-IGZO TFT를 제작하였다. 하지만, cellulose fiber로 만들어진 TFT의 경우에는 고온의 열처리가 불가능 하다. 따라서 저온에서 높을 효율은 보이는 microwave energy를 이용하여 열처리를 진행하였다. 추가적으로 저품질의 종이의 특성을 개선시키기 위해서 high-k metal-oxide solution precursor를 첨가 하여 TFT의 특성을 개선시켰다. 결과적으로 cellulose fiber에 metal-oxide solution precursor을 첨가하는 공정과 micro wave를 조사하는 방법을 사용하여 100도 이하에서 cellulose fiber를 저렴하고 우수한 성능의 TFT를 제작에 성공하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.207.2-207.2
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• 2015

차세대 디스플레이 소자로서 TAOS TFT (transparent amorphous oxide semiconductor Thin Film Transistor)가 주목 받고 있다. 또한, 최근에는 값 비싼 전자 제품을 저렴하고 간단히 처분 할 수 있는 시스템으로 대신 하는 연구가 진행되고 있다. 그중, cellulose-fiber에 전기적 시스템을 포함시키는 e-paper에 대한 관심이 활발하다. cellulose fiber는 가볍고 깨지지 않으며 휘는 성질을 가지고 있다. 가격도 저렴하고 가공이여 용이하여 차세대 기판의 재료로서 주목받고 있다. 하지만, cellulose-fiber 위에는 고온의 열처리공정과 고품질 박막 성장이 어려워서 TFT 제작에 어려움을 겪고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 산화물 반도체를 이용하여 TFT를 제작한 사례가 보고되고 있다. 또한, 채널 물질 뿐만 아니라 cellulose fiber에도 다른 물질을 첨가하거나 증착하여 전기적 화학적 특성을 개선시킨 사례도 많이 보고되고 있다. 본 연구에서는 가장 저품질의 용지로 알려진 신문지와 A4용지를 gate dielectric을 이용하여서 a-IGZO TFT를 제작하였다. 하지만, cellulose fiber로 만들어진 TFT의 경우에는 고온의 열처리가 불가능 하다. 따라서 저온에서 높을 효율은 보이는 microwave energy를 이용하여 열처리를 진행하였다. 추가적으로 저품질의 종이의 특성을 개선시키기 위해서 high-k metal-oxide solution precursor를 첨가 하여 TFT의 특성을 개선시켰다. 결과적으로 cellulose fiber에 metal-oxide solution precursor을 첨가하는 공정과 micro wave를 조사하는 방법을 사용하여 100도 이하에서 cellulose fiber를 저렴하고 우수한 성능의 TFT를 제작에 성공하였다.

• 센서학회지
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• 제29권2호
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• pp.82-88
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• 2020

In this paper, we propose a complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) binary image sensor with a gate/body-tied (GBT) p-channel metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (PMOSFET)-type photodetector using a double-tail comparator for high-speed and low-power operations. The GBT photodetector is based on a PMOSFET tied with a floating gate (n+ polysilicon) and a body that amplifies the photocurrent generated by incident light. A double-tail comparator compares an input signal with a reference voltage and returns the output signal as either 0 or 1. The signal processing speed and power consumption of a double-tail comparator are superior over those of conventional comparator. Further, the use of a double-sampling circuit reduces the standard deviation of the output voltages. Therefore, the proposed CMOS binary image sensor using a double-tail comparator might have advantages, such as low power consumption and high signal processing speed. The proposed CMOS binary image sensor is designed and simulated using the standard 0.18 ㎛ CMOS process.

• Journal of Information Display
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• 제12권1호
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• pp.47-50
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• 2011

Highly stable amorphous indium.gallium.zinc-oxide (a-IGZO) thin-film transistors (TFTs) were fabricated with an etchstopper and via-hole structure. The TFTs exhibited 40 $cm^2$/V s field-effect mobility and a 0.21 V/dec gate voltage swing. Gate-bias stress induced a negligible threshold voltage shift (${\Delta}V_{th}$) at room temperature. The excellent stability is attribute to the via-hole and etch-stopper structure, in which, the source/drain metal contacts the active a-IGZO layer through two via holes (one on each side), resulting in minimized damage to the a-IGZO layer during the plasma etching of the source/drain metal. The comparison of the effects of the DC and AC stress on the performance of the TFTs at $60^{\circ}C$ showed that there was a smaller ${\Delta}V_{th}$ in the AC stress compared with the DC stress for the same effective stress time, indicating that the trappin of the carriers at the active layer-gate insulator interface was the dominant degradation mechanism.

• 센서학회지
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• 제27권6호
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• pp.362-367
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• 2018

A complementary metal oxide semiconductor (CMOS) binary image sensor is proposed for low-power and low-noise operation. The proposed binary image sensor has the advantages of reduced power consumption and fixed pattern noise (FPN). A gate/body-tied (GBT) p-channel metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (PMOSFET)-type photodetector is used as the proposed CMOS binary image sensor. The GBT PMOSFET-type photodetector has a floating gate that amplifies the photocurrent generated by incident light. Therefore, the sensitivity of the GBT PMOSFET-type photodetector is higher than that of other photodetectors. The proposed CMOS binary image sensor consists of a pixel array with $394(H){\times}250(V)$ pixels, scanners, bias circuits, and column parallel readout circuits for binary image processing. The proposed CMOS binary image sensor was analyzed by simulation. Using the dynamic comparator, a power consumption reduction of approximately 99.7% was achieved, and this performance was verified by the simulation by comparing the results with those of a two-stage comparator. Also, it was confirmed using simulation that the FPN of the proposed CMOS binary image sensor was successfully reduced by use of the double sampling process.

• 한국전자파학회논문지
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• 제14권6호
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• pp.648-654
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• 2003

본 논문에서는 비 산화물인 불소화합물 게이트절면막을 이용하여 박막반도체 다이아몬드 MS계면(Metal-Insulator-Semiconductor Interface)의 전기적 안정화를 실현하였다. 특히 산소 게터링 효과(Oxygen-Gettering Effect)에 의한 표면준위 억제를 통해, 박막반도체 다이아몬드 MIS계면에 있어서 최적의 전기적 특성을 부여하는 BiF2 게이트절연막을 개발하였다. 본 논문의 결과에 의하면, BaF$_2$ 게이트 절연막을 이용하여 제작한 A1/BaF2/diamond MIS 다이오드와 MISFET(Metal-Insulator-Semiconductor Field Effect Transistor)로부터 저농도의 ~10101/$\textrm{cm}^2$ eV의 표면준위밀도가 관측되었고, 그리고 이제까지 발표된 다이아몬드 박막반도_체 FET중 최고치인 400 $\textrm{cm}^2$/Vs의 유효이동도가 관찰되었다.

• 한국주조공학회지
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• 제27권4호
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• pp.153-158
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• 2007

Molten metal flow in vacuum die casting was characterized by a numerical analysis. The VOF method was used to simulate the filling behaviors of molten metal during filling process. The various vacuum degrees of no vacuum(760 mmHg), 650, 500, 250 and 60mmHg were artificially applied in cavity. And the filling behaviors of molten metal with the applied vacuum conditions were simulated and compared with those of experiment. The results showed that molten metal was partially filled into cavity when vacuum was applied and the filling length of molten metal in cavity was increased with increasing applied reduced pressure in cavity. Also, the simulated filling behaviors of molten metal were apparently similar to those of experiment, indicating the numerical analysis developed in this study was highly effective. Through the result of fluid flow simulation, both relation equations of filling length and filling velocity with the variation of pressure conditions in cavity were calculated respectively and the internal gas contents of casting was significantly reduced by the modification of vacuum gate system.

• 전기학회논문지
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• 제66권10호
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• pp.1494-1498
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• 2017

In this study, we investigate the influence of an overlap between the gate and source/drain regions of silicon nanowire (SiNW) CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor) inverter on bendable plastic substrates and describe their electrical characteristics. The combination of n-channel silicon nanowire field-effect transistor (n-SiNWFET) and p-channel silicon nanowire field-effect transistor (p-SiNWFET) operates as an inverter logic gate. The gains with a drain voltage ($V_{dd}$) of 1 V are 3.07 and 1.21 for overlapped device and non-overlapped device, respectively. The superior electrical characteristics of each of the SiNW transistors including steep subthreshold slopes and the high $I_{on}/I_{off}$ ratios are major factors that enable the excellent operation of the logic gate.