LiF의 再使用時 被曝前 thermal annealing이 感度에 미치는 影響

윤두수 忠南大學校 1985 국내석사

Isothermal annealing before irradition is found to have a definite effect upon the thermoluminescence glow-curve of LiF(Teflon Dosimeter). When LiF phosphors are repeatedly used as radition dosimeter, the sensitivity usually declines from their initial states. For the phosphors they are commonly annealed before reuse of the detector. The optimum condition of annealing as to recover the sensitivity of the phosphors were discussed. The phosphors were treated in the annealing temperature range between 200℃ and 400℃ for the annealing time from 10 minutes to 10 hours. Because the effect of preirradition annealing temperature at 400℃ and annealing time for 1 hour was found to be most suitable, for the sensitivity is recovery. It is also found that the absolute and relative heights of the glow peaks are influenced in part by the rate of cooling after preirradition annealing. When TLD is cooled slowly, the height of all the peaks are lower than when it is cooled rapidly. To conclude the optimum condition of annealing as to recover the sensitivity of the phosphors were treated in the annealing temperature at 400℃ and annealing time for 1 hour with rapidly cooling rate.

Efficiency of Simulated Annealing Schedules for a Class of Optimization Problems

허성필 The University of New South Wales 1992 해외박사

Simulated annealing is a relatively new method for finding near global-optimum solutions to combinatorial (and other) optimisation problems that have multiple local optima. The procedure steps from one solution to a neighbouring solution in such a way that the objective function usually improves. What characterises simulated annealing is that some steps are allowed which worsen the objective function. This allows escape from local optima. The aim of this thesis is to determine methods for calculation of optimal annealing schedules in simulated annealing algorithms. The main approach is to model some aspects of the behaviour of neighbourhood characteristics of the solution space to aid in determining the value of the control-parameter for simulated annealing. In this thesis several models of solution space and generation technique are developed together with procedures for determining the best values for the control parameter. A very simple model is used initially to determine a method of approach. Models of increasing sophistication are used as weaknesses in previous models become apparent. Three models are developed which, as well as becoming more complex, illustrate techniques for both discrete and continuous representation of the probability distributions of objective function values. Several techniques using these three models are given for experimental determination of efficient annealing schedules for optimisation problems. An idealised optimisation problem is used to illustrate the technique. The main feature of the optimisation problem is the construction of models of the solution space, given a specific generation system. These models are used to estimate, using simulation and analysis methods, the rate of improvement of the objective function for various values of the control parameter under a variety of circumstances in order to enable an optimal annealing schedule to be determined. The construction of model I using the characteristics of the solution space is described. An analytical approach and simulation using this model are developed. For experimental convenience, an alternative analytical approach using stochastic modelling, is constructed and the results are described. The construction and simulation of model II are described, and using stochastic modelling, the transition matrix is constructed. Finally, this thesis addresses a method using model III for determining, efficient annealing schedules experimentally. Using the simulation of model III, optimal simulated annealing control parameter values are determined. The use of both simulation and analysis to decrease locally the lower bound of the neighbourhood objective function value gives similar results. Thus the best annealing schedule is shown to depend on whether or not the lower bound is expected to decrease. Using both methods, namely the optimal annealing schedules determined in this thesis and traditional annealing schedules, experiments demonstrate the superiority of optimal annealing schedules developed in this thesis. This research shows that the optimal values of the annealing schedules for both discrete and continuous cases are consistent.

Impact of laser annealing for CVD grown MoS2 thin film transistors in top gate structure

Dong Jae Kwon 대구경북과학기술원 대학원 2021 국내석사

본 논문은 새로운 레이저 어닐링 방법인 게이트 어닐링 (Gate Annealing)을 처리했을 때, 상부 게이트 구조에서 화학적 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition)으로 성장시킨 이황화 몰리브덴(Molybdenum disulfide ; MoS2) 박막 트랜지스터의 전기적 특성 변화에 대한 연구이다. 전이금속 칼코젠화합물 (Transition Metal Dichalcogenides ; TMDs)은 2차원 반도체 물질로 주목받고 있으며, 그 중 이황화 몰리브덴은 상대적으로 넓은 밴드갭 때문에 각광받는 전자 재료이다. 이황화 몰리브덴을 증착하는 방법에는 다양한 공정 방법이 있으며, 대면적 공정에 적용하기 위해서는 화학적 기상 증착법이 필수적이다. 하지만 이 공정은 낮은 전기적 이동도로 인하여 전기적 특성이 좋지 않아서, 이를 개선하기 위한 한 가지 접근법으로 열 어닐링(thermal annealing) 방법이 제안되었다. 열처리 효과에 의한 전기적 특성을 분석하기 위해서는 Contact 영역과 interface 영역을 분리해서 연구할 필요가 있는데, 기존의 열 어닐링 방법은 전체적인 열처리로 인하여 특정 영역에 대한 변화를 관찰하기 어렵다. 따라서 본 연구에서는 국부적인 열처리를 위해서 레이저 어닐링(Laser Annealing)이 제안되었으며, 레이저 어닐링이 interface 영역에 미치는 영향을 관찰하였다. 특히 화학적 기상 증착법으로 성장시킨 MoS2와 원자층 증착법 (Atomic Layer Deposition)을 이용한 Al2O3는 trap이 비교적 많이 형성될 수 있어서 interface 품질이 좋지 못하다. 이러한 문제 때문에, interface 영역에서의 직접적인 열처리가 필요하며, 본 논문에서 게이트 어닐링이 interface 영역에 미치는 영향을 조사하였다. 그 결과, interface trap을 효과적으로 줄임으로써 interface 품질을 향상시킬 수 있었고, 전기적 특성 변화를 관찰할 수 있었다. 전기적 특성 변화에는 전체 전기적 저항이 30.8% 감소하고, 전계 효과 이동도가 22.34% 증가하였으며, 문턱 전압이 negative shift하였으며, subthreshold swing이 12.36% 감소하는 것을 확인하였다. 줄어든 interface trap은 XPS 결과의 MoO3의 정량분석을 통하여 그 가능성을 확인할 수 있었다. 또한 Y-Function method를 이용하여 접촉 저항의 영향 없이 고유 이동도(intrinsic mobility)를 추출하였으며, 그 결과 게이트 어닐링을 통하여 52.8% 증가했음을 확인할 수 있다. 또한, 전체 저항과 채널 저항을 추출하여 비교해보았을 때, 게이트 어닐링을 통해서 모두 감소한 것을 확인할 수 있으며 전체 저항에서 채널 저항이 가지는 비중이 줄었음을 확인할 수 있다. 결론적으로 게이트 어닐링 방식은 inter-face trap을 줄여 Al2O3/MoS2 interface를 개선할 수 있는 효과적인 방법이다. Transition Metal Dichalcogenides (TMDs) are promising electronic materials due to their mechanical, electrical, and optical properties. Among them, Molybdenum disulfide (MoS2) is the most actively studied ma-terial due to the n-type semiconducting property in 2H phase, high carrier mobility, and tunable bandgap. MoS2 is mainly deposited by the mechanical exfoliation method using scotch tape, Physical Vapor Deposition (PVD), and Chemical Vapor Deposition (CVD). Especially, CVD is the preferred deposition method due to the thick-ness controllability of layer and large-scale process. However, the electrical properties of the CVD grown MoS2 thin film transistors (TFTs) are relatively poor such as low field-effect mobility and high subthreshold swing. One of the approaches to improve these properties is thermal annealing, which uses a furnace to perform the overall thermal treatment. In order to investigate the reason why electrical properties are improved through thermal annealing, it is necessary to analyze the contact region and interface region separately. For this purpose, compared to conventional thermal annealing, which affects all parts, laser annealing is beneficial to local heat treatment. Consequently, this study investigates the effect of laser annealing on the interface region. Because the interface quality is poor due to CVD-grown MoS2 and ALD-deposited Al2O3, a new laser annealing method called “Gate Annealing(GA)” is proposed to study the change of the interface area. Through the proposed method, it is confirmed that the change of electrical characteristics that the interface quality can be improved by effectively reducing traps. The reduced interface traps enhance the electrical char-acteristics such as decreased total electrical resistance, slightly increased the field-effect mobility, increased the on/off current ratio, decreased subthreshold swing, and negative shift of threshold voltage. These changes are supported by the quantitative analysis of MoO3 in the XPS results that GA can reduce resides. Besides, in the analysis using the Y-Function Method (YFM), intrinsic mobility is significantly increased compared to field-effect mobility. It can be seen that the GA method affects the improvement of interface quality. As a result, GA is a method that can contribute to electrical characteristics by improving the Al2O3/MoS2 interface by reducing the interface traps.

급속 레이저 열처리 된 high-k MOS구조의 특성 및 탄소 첨가된 ZnO 박막의 특성 연구

박준원 경희대학교 2010 국내석사

고 유전율(high-k)을 가진 Al2O3 를 P-형 기판(native oxide : SiO2/1.5nm) 위에 Atomic Layer Deposition(ALD)를 이용하여 40 nm박막을 쌓아 올린 다음, 파장 940 nm의 다이오드 레이저를 400W, 1 ms 이하의 시간으로 Laser Spike Annealing(LSA)을 하였다. 시료의 구조에 따른 5가지 요소의 등가회로를 설정하고 주파수에 따라 측정된 C-V, G-V값을 이용하여 계면의 영향을 제외한 순수 절연체 Al2O3 박막의 C-V 곡선으로 수정하였다. 수정된 C-V 곡선의 축적지역(accumulation region: -2V) 에서의 등가 산화물 두께(EOT) 값을 추론한 결과 as-grown=16.05 ±0.59 nm, after LSA =10.71 ±1.97 nm 로 ms-LA 후 EOT감소 결과를 얻었다. 편광 타원계(ellipsometer) 측정을 통한 박막의 두께 변화를 조사한 결과, LSA 후 Al2O3 층의 두께가 감소하여 EOT감소 결과와 일치함을 확인하였다. 또한 I-V 측정을 통하여 특정 전압에서의 누설 전류의 감소를 확인할 수 있었다. 높은 출력의 다이오드 레이저를 이용하여 high-k 의 HfO2 물질의 레이저 열처리 효과에 관하여 연구하였다. 적절한 출력으로 LSA 된 HfO2 절연층의 등가 산화물 두께(EOT)가 열처리 되지 않은 HfO2 의 EOT와 급속 열처리(Rapid Thermal Annealing : RTA)된 HfO2 의 EOT 보다 감소하였다. 투과 전자 현미경과 X-ray 광전자 스펙트럼 분석에서 RTA된 HfO2 절연층 보다 LSA 된 HfO2 절연층이 계면 산화물(SiO2)의 성장 및 silicatate화가 억제된 것을 확인할 수 있었다. 우리는 추가적으로 LSA 된 HfO2 절연층 내부의 결함들에 관하여 연구하였다. LSA 처리된 HfO2 절연층이 RTA 처리된 HfO2 절연층보다 양의 고정 전하 생성이 억제되는 것을 확인하였다. LSA가 산소의 확산을 감소시켜, 양의 고정 전하 생성을 억제하고, 덜 산화된(under-oxidized) 계면 산화물의 성장이 감소되는 것으로 판단된다. 그러나 C-V 이력곡선과 Photoluminescence 결과는 LSA 된 HfO2 절연층이 전하 가둠(trapping)과 관련된 결함들을 증가시키는 것으로 확인되었다. 고 밀도의 비평형 전하 가둠(High-density non-equilibrium charge-trapping) 결함들은 LSA의 급속 냉각 시 생성되는 것으로 판단된다. 우리는 이러한 전하 가둠 결함들을 줄여주기 위하여 LSA 처리된 HfO2 절연층 시료를 추가적으로 다양한 가스 분압에서 낮은 열 예산(low thermal budget)의 열처리를 수행하였지만, LSA의하여 생성된 결합들이 효과적으로 감소한 것을 확인할 수 없었다. 또한 우리는 탄소가 첨가된 ZnO 박막의 특성에 관하여 연구하였다. Pulsed Laser Deposition(PLD)를 이용하여 저온 (200 oC) 성장+고온(200 oC) 열처리 된 탄소 첨가된 ZnO 박막이 p-형 전도성을 가지는 것을 확인하였다. 탄소 첨가된 ZnO 박막은 n-형 전도성을 가졌으나, 800 oC 이상의 고온 열처리 이후, p-형 전도성으로 변화하였다. 이러한 p-형 전도성을 가진 시료의 저온(16K) photoluminescence 측정 결과, acceptor bound exciton으로 추정되는 3.311 eV의 peak이 추가적으로 생성되었음을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 donor 형태의 결함들의 감소함에 따라서 p-형 ZnO 박막이 형성된 것으로 판단된다. 그러나 X-ray 광전자 스펙트럼과 낮은 홀 농도의 결과를 볼 때, 대부분의 탄소들이 ZnO 박막 안에 클러스터(cluster) 또는 결합하지 못한(interstitial) 탄소 형태로 존재하는 것으로 판단된다. The effect of Laser Spike Annealing on the equivalent oxide thickness (EOT) of 40-nm Al2O3 films is reported. The Al2O3 films were produced on p-type silicon substrate (with 1.5 nm native oxide) by using atomic layer deposition(ALD) and were annealed by using a 940-nm, 400 W diode laser for less than 1 ms. The values of the EOT of the Al2O3 layers were extracted by using the five-element equivalent circuit model, which takes into account the frequency-dependent C−V and G−V data under accumulation conditions (-2 V bias). The procedure reveals that the EOT of the as-grown Al2O3 sample significantly reduced from 16.05 ± 0.59 nm to 10.71 ±1.97 nm after laser annealing. An ellipsometry analysis confirmed that the thickness of Al2O3 films was clearly decreased. A reduction in the leakage current was also observed. We studied the effects of laser-spike annealing (LSA) on hafnium oxide high-k dielectrics using high power diode laser. The equivalent oxide thickness of HfO2 gate stacks annealed using a moderate laser power decreased noticeably as compared to as-grown films due to densification and crystallization of HfO2. Transmission electron microscope and X-ray photoelectron spectroscopy show that regrowth of interfacial oxide and silication of HfO2 layer are suppressed in case of LSA compared with rapid thermal annealing. We studied the effect of laser spike annealing (LSA) on the defects of hafniumoxide (HfO2) high-k dielectric stacks. We found that positive fixed charge generation, extracted from C-V measurements was suppressed for laser spike annealed HfO2 gate stacks compared with conventional rapid thermally annealed (RTA) gate stacks. It seems that LSA suppresses the growth of under-oxidized interfacial oxide layer by minimizing oxygen diffusion, resulting in less positive fixed charge generation. C-V hysteresis and defect photoluminescence, however, showed enhanced charge trapping and increased oxide defect density for the laser spike annealed HfO2 gate stacks. High-density non-equilibrium charge-trapping defects seem to be created in the HfO2 layer during the rapid cooling process of LSA. We performed post-LSA, low thermal budget annealing in various ambient gases to quench or passivate charge-trapping defects, but they didn't seem to effectively deactivate the LSA created oxide defects. We studied characteristics of carbon doped zinc oxide thin films. p-type conduction has been observed in carbon doped zinc oxide grown by pulsed laser deposition(PLD) at low temperature(below 200 oC) growth+high temperature(over 200 oC) thermal annealing. The carbon doped zinc oxide films changed from n-type conduction to p-type conduction after high temperature annealing over 800oC. The low temperature (16K) photoluminescence of the p-type carbon doped zinc oxide shows an additional peak located at 3.311 eV, which is attributed to the acceptor bound exciton emission. Our experimental results indicate that p-type ZnO is obtained by decreasing the density of donor-type defects. However most of the carbons seem to exist in the form of carbon cluster and/or interstitial carbon, as can be seen in the X-ray photoelectron spectroscopy and low hole concentration.

(A) study on the improvement of the electrical properties of solution-processed transparent conducting oxides and metal films after annealing

김나래 서울대학교 대학원 2014 국내박사

Solution processing has many advantages over vacuum-assisted deposition, such as the development of printing or coating techniques that are low cost, environmentally friendly, and capable of being performed at atmospheric pressure; however, film quality and performance must be improved. After solution processing, post-treatment processes (post-annealing) are essential to solidify the films, remove the internal defects, and control the properties. Electrical conductors were chosen for study because conducting materials are fundamental and essential materials in electronic devices. Among various potential materials, research on metals and metal oxides (Transparent conducting oxides, TCOs) was conducted in this research. The conductivity of metal nanoparticle films was improved by the elimination of organic ligands capping the nanoparticles and by the formation of a dense microstructure with few pores. This result is due to the high heating rate during annealing. In tin-doped indium oxide (ITO) nanoparticle research, the representative material for TCOs, the optimization of oxygen partial pressure was appropriate for increasing the electron concentration by oxygen vacancy generation and organic ligand removal. ITO nanoparticle films showed improved conductivity and transmittance compared to conventional ITO nanoparticle films after annealing under optimized oxygen partial pressure. However, a high electron concentration in ITO degrades the transmittance in the NIR region. Doping with Mo instead of Sn was the solution to this problem. Spray coating using metal-organic decomposition solution also increased the conductivity and transmittance. W and Zr were used as new doping elements for In2O3, and high conductivity and transmittance were obtained. 용액 공정은 진공 증착 공정에 비해 저가, 상온/상압 공정, 환경 친화적 공정, 유연성 소자의 응용 가능성 등의 많은 장점을 가지고 있다. 하지만, 용액 공정으로 제작된 박막이 실제 소자에 적용되기 위해서는 그 특성과 성능이 향상되어야한다는 문제를 가지고 있다. 용액 공정 이후에는 고상화 및 내부의 결함을 제거하고 특성을 제어하기 위하여 반드시 후속 처리가 필요하다. 전자 소자에서 가장 기본적이고 중요한 역할을 하는 전도성 물질을 선택하여, 용액 공정으로 제작하고 후속 열처리를 통해 특성을 향상시키고 평가하는 연구를 진행하였다. 전도성 물질 중, 전도성이 가장 우수한 금속과 투명성까지 갖춘 투명 전도성 산화물을 주제로 삼았다. 금속 나노입자의 경우, 입자를 싸고 있는 유기 리간드를 제거하고 기공이 없는 조밀한 미세구조를 형성하여 전도도를 향상시킬 수 있었다. 후속 열처리의 빠른 승온 속도를 통해 이와 같은 결과를 달성할 수 있었다. 투명 전도성 산화물의 대표적인 산화인듐-주석 (ITO) 나노입자 연구에서는, 산화물 내부의 산소 공공 농도를 향상시키고, 입자를 싸고 있는 유기 리간드를 효과적으로 제거할 수 있는 최적의 산소 분압을 열처리 과정에서 유지하여 기존의 ITO 나노입자 박막보다 뛰어난 전도도와 투과도를 같는 투명전극박막을 개발하였다. ITO 의 높은 전자 농도 때문에 근적외선 투과도가 저하되는 현상은 주석 대신 몰리브덴을 도핑함으로써 해결할 수 있었다. 또한 증착 방법을 나노입자 용액 때신 전구체 용액을 사용하는 스프레이 코팅으로 전환함으로써 전자 농도는 낮추고 이동도를 향상시켜 전도성 및 투과도를 향상시켰다. 또한 텅스텐, 지르코늄도 새로운 도핑 원소로 이용하였으며, 높은 전도도 및 투과도를 확보하였다.

Nanosecond laser annealing을 활용한 Sb-doped Si 박막의 물리적, 전기적 특성 변화와 contact 저항 개선 연구

김상영 연세대학교 일반대학원 2024 국내석사

In line with the trend of semiconductor scale-down, the area of standard cells in logic devices has been continuously reduced. Consequently, effectively controlling the unnecessary diffusion of source/drain dopants in the reduced area has become a crucial aspect of advanced process development. Additionally, reducing the interface resistance with the metal contacts formed on the reduced source/drain area is also a significant factor for developing next-generation processes. This study aimed to observe the characteristics of dopant behavior when Sb-doped Si Films are subjected to thermal processes. Beyond the commonly used N-type dopants such as Phosphorus (P) and Arsenic (As), this experiment sought to explore how Antimony (Sb) could contribute to the development of next-generation processes. The study also focused on comparing annealing methods to analyze the characteristics of each and to identify a suitable annealing process for Sb usage. The experiment utilized two thermal processes Nanosecond Laser Annealing (NLA) and Rapid Thermal Annealing (RTA). NLA allows annealing of the sample to the depth that the energy is transmitted by adjusting the laser's Energy Density (ED). Because high heat can be applied in a short time span of nanoseconds, it is possible to melt the sample film and effectively suppress unnecessary dopant diffusion. Thus, using NLA enables the study of characteristics exhibited by Sb dopants when activated and melted. RTA, on the other hand, is a widely used process for activating dopants. Unlike NLA, RTA utilizes infrared radiation from a Tungsten Halogen Lamp to perform annealing over a period of seconds to minutes. Sb-doped Si Films with three different chemical concentrations of 8.5E20/cm³, 1.4E21/cm³, and 1.9E21/cm³ were prepared to analyze characteristics due to Sb concentrations. The experimental method began with analyzing as-grown samples of Sb-doped Si Films at three concentrations. High Resolution Transmission Electron Microscopy (HR-TEM) confirmed that the films were epitaxial growth following the silicon (Si) lattice, with thicknesses of 29.2 nm, 28.6nm, and 24.5 nm for three concentration samples, respectively. High Resolution X-ray Diffraction (HR-XRD) and Hall-measurement also confirmed measurement results consistent with the chemical concentration trends of the Sb-doped Si Films samples. Secondly, the characteristics shown after applying NLA and RTA processes to the Sb-doped Si Films sample with a chemical concentration of 1.9E21/cm³ were observed. As a result, NLA revealed differences in the dopant profile according to the NLA ED during the activation of Sb dopants in the Sb-doped Si Films. Conditions of NLA ED 500mJ/cm² and 550mJ/cm² showed segregated Sb dopant profiles and activated dopant characteristics without a change in thickness compared to the as-grown sample, confirmed by HR-TEM, Secondary Ion Mass Spectroscopy (SIMS), and Hall-measurement. At NLA ED 600mJ/cm², an increased melting depth led to a corresponding increase in the thickness of the Sb-doped Si Films, a trend confirmed by SIMS and Hall-measurement. However, RTA showed a decrease in the chemical concentration of the Sb-doped Si Films at all temperature conditions of 800℃ for 30s, 900℃ for 30s, and 1000℃ for 30s, confirmed by SIMS. These SIMS results, supported by HR-TEM and Hallmeasurement, could be interpreted as out-diffusion of Sb dopants. Finally, contact resistivity was measured after the NLA process for all chemical concentration samples of Sb-doped Si Films. It was crucial to form a thin and uniform layer of Ni-silicide on the Sb-doped Si Films to measure the segregated Sb dopant's contact resistivity. Contact resistivity, as measured by the Circular Transfer Length Method (CTLM), showed a decreasing trend with chemical concentration, with the lowest result of 8.17E-9 ohm*cm² confirmed at NLA ED 550mJ/cm² for the 1.9E21/cm³ sample. In conclusion, it was confirmed that using NLA can be an effective process to activate Sb dopants without unnecessary diffusion by melting the Sb-doped Si Films and liquid phase epitaxy. Furthermore, the change in dopant profile due to Sb segregation on the surface was observed in the process of re-growth after the Sb-doped Si Films were melted, due to the low segregation coefficient of Sb. The reduction in contact resistivity due to the increased chemical concentration effect by segregation confirms that Sb dopant and its segregation characteristics can be a viable method to reduce contact resistivity in the narrowed NMOS source/drain area due to scaling down. Nanosecond laser annealing을 활용한 Sb-doped Si 박막의 물리적, 전기적 특성 변화와 contact 저항 개선 연구 반도체의 Scale-down 경향에 따라 Logic Device의 Standard Cell의 면적은 지속적으로 줄어들고 있다. 이에 따라 자연스럽게 좁아진 면적에서 형성시킨 Source/Drain Dopant의 불필요한 Diffusion을 효과적으로 제어하는 것이 선단 공정 개발에 중요한 요소가 되고 있다. 그리고 줄어든 Source/Drain 면적 위에 형성되는 Metal Contact 과의 계면 저항을 낮추는 것 또한 차 세대 공정을 개발하는데 중요한 요소이다. 본 연구에서는 Sb-doped Si Films에 열처리 공정을 진행했을 때 나타나는 Dopant Behavior의 특성과 Contact Resistivity를 확인하는 목적의 실험을 진행했다. 그래서 일반적으로 사용하고 있는 N-type Dopant인 Phosphorus (P)나 Arsenic (As) 외에 Antimony (Sb)가 차세대 공정을 개발하는데 기여할 수 있는 부분을 확인하고자 했다. 또한 Annealing 방법을 비교하여 Sb를 사용하기 위한 적합한 Annealing 공정을 확인하는데 주력하여 실험을 진행했다. 실험에 사용한 열처리 공정으로는 Nanosecond Laser Annealing (NLA)와 Rapid Thermal Annealing (RTA)를 사용했다. NLA는 Laser의 Energy Density (ED)를 조절하여 Energy가 전달되는 Depth 만큼만 Sample을 Annealing 시킬 수 있다. 또한 Nanosecond 단위의 짧은 공정 시간 동안 높은 열을 가할 수 있기 때문에 Sample 박막을 Melt 시킬 수 있고 불필요한 Dopant Diffusion을 효과적으로 억제할 수 있는 Annealing 방법이다. 그러므로 NLA를 활용하면 Sb Dopant가 Activation 되면서 나타나는 특성과 Sb-doped Si Films이 Melt 되었을 때 나타나는 특성을 연구할 수 있다. RTA의 경우에는 Dopant를 Activation 시키는데 이전부터 사용하고 있는 공정이다. RTA는 NLA와 달리 Tungsten Halogen Lamp를 사용한 적외선 복사 광선을 이용하여 수초에서 수분 단위의 시간 동안 Annealing을 진행할 수 있다. 또한 8.5E20/cm3과 1.4E21/cm3, 1.9E21/cm3의 3가지 Chemical Concentration을 갖는 Sb-doped Si Films을 준비하여 Sb의 농도에 따라 나타나는 특성을 분석했다. 실험 방법으로는 우선 첫번째로 Sb-doped Si Films의 농도 별 As-grown Sample을 분석했다. 모든 농도의 Sample을 High Resolution Transmission Electron Microscopy (HR-TEM)으로 확인한 결과 8.5E20/cm3의 Sample은 29.2nm 1.4E21/cm3 Sample은 28.6nm, 1.9E21/cm3의 Sample은 24.5nm의 두께로 Silicon (Si)의 격자에 따라 Epitaxial Growth로 형성된 것을 확인했다. 또한 High Resolution X-ray Diffraction (HR-XRD)과 Hall-measurement 통해 Sb-doped Si Films Sample의 Chemical Concentration 경향과 동일한 측정 결과를 확인했다. 두번째로는 Chemical Concentration 1.9E21/cm3의 Sb-doped Si Films Sample에 NLA와 RTA 공정을 진행 후 보이는 특성을 확인했다. 그 결과 NLA의 경우 Sb-doped Si Films의 Sb Dopant를 Activation 시키면서 ED에 따른 Dopant Profile의 차이를 보였다. NLA ED 500mJ/cm2과 550mJ/cm2 조건의 경우에는 As-grown Sample대비 Films Depth의 변화없이 Segregation된 Sb Dopant의 Profile과 Dopant가 Activation된 특성을 HR-TEM과 Secondary Ion Mass Spectroscopy (SIMS) 그리고 Hall-measurement로 확인했다. NLA ED 600mJ/cm2의 경우에는 ED에 따른 Melting Depth의 증가로 Sb-doped Si Films의 Depth가 증가되고 그에 따른 SIMS와 Hall-measurement 경향을 확인했다. 그러나 RTA의 경우에는 800℃ 30s, 900℃ 30s, 1000℃ 30s 모든 온도 조건에서 Sb-doped Si Films의 Chemical Concentration이 감소한 결과를 SIMS로 확인됐다. 이 SIMS 결과는 HR-TEM과 Hall-measurement 측정 결과로 Sb Dopant가 Out-diffusion된 것으로 해석할 수 있었다. 마지막으로 Sb-doped Si Films의 모든 Chemical Concentration 별 Sample에 NLA 공정 후 Contact Resistivity를 측정했다. NLA로 Segregation된 Sb Dopant의 Contact Resistivity를 측정하기 위해서는 실험에 사용한 Ni-silicide를 Sb-doped Si Films에 얇고 균일하게 형성하는 것이 중요한 부분이었다. 그리고 Circular Transfer Length Method (CTLM)로 측정한 Contact Resistivity는 Chemical Concentration에 따른 감소 경향을 보였고 1.9E21/cm3 Sample에 NLA ED 550mJ/cm2을 진행한 조건에서 가장 낮은 8.17E-9ohm*cm2의 결과를 확인했다. 결론적으로 NLA를 활용하면 Sb-doped Si Films을 Melt시키며 Liquid Phase Epitaxy를 통한 Sb Dopant를 불필요한 Diffusion 없이 Activation 시킬 수 있는 효과적인 공정인 것을 확인했다. 또한 Sb-doped Si Films이 Melt 후 Re-growth 되는 과정에서 Sb Dopant의 낮은 Segregation Coefficient로 인해 Sb가 표면으로 집중되는 Dopant Profile의 변화를 확인했다. 그리고 Segregation으로 Chemical Concentration이 높아진 효과로 인해 Contact Resistivity가 낮아지는 결과를 확인하며 Sb Dopant와 Segregation 특성이 Scale-down으로 좁아진 NMOS Source/Drain면적에서 Contact Resistivity를 낮출 수 있는 방법이 될 수 있음을 확인할 수 있었다.

2단계 엔트로피를 이용한 Simulated annealing의 개선에 관한 硏究

정진욱 동아대학교 대학원 1999 국내석사

SA(Simulated Annealing)는 조합 최적화 문제에 접근하는 여러 휴리스틱 기법중 하나로, 국부 최소해 에서 벗어나기 위해 국부탐색방법에 수락과 종료기준 및 무작위 검색을 부과한다. 국부탐색의 하강방법은 어떤 반복에서도 나뿐 해를 받아들이지 않지만, SA는 수락기준을 만족한다면, 나쁜 해도 받아들인다. 이 수락기준은 온도라고 불리는 컨트롤 파라메터(T)에 의해서 결정되며, 확정적인 냉각 스케줄에 따라 '0' 으로 수렴한다. SA는 최적해에 근사한 해를 보장하는 반면, 속도가 느리다는 단점으로 인하여 SA의 수렴속도를 개선하기 위한 많은 연구가 있었지만, 실질적인 해의 개선은 이루지 못했다. 따라서, 본 연구에서는 수렴속도의 향상과 실질적인 해의 개선을 위해, 엔트로피 변화량을 이용한 수락기준과 엔트로피 정의를 이용한 냉각 스케줄을 사용하였다. 열에너지는 항상 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동한다는 열에너지 이동의 비가역성과 시스템의 무질서에 대한 정량적인 척도인 엔트로피 개념을 도입하여, 현재 상태의 무질서한 정도에 따라 다음 온도의 감소량을 가변적으로 적용한다. 기존의 연구에서는 냉각 스케줄에서 온도를 일정비율로 감소시키지만, 본 연구에서는 초기에 다양한 해 공간을 검색하기 위해 작은 폭으로 온도를 감소시키고, 최적해에 수렴할수록 큰 폭으로 온도를 감소시켜 불필요하게 낮은 온도에서 낭비하는 시간을 줄였다. 개선한 SA의 1차 수행으로 구한 최선해를 초기해로 하여 2차 수행을 통하여 더 좋은 해를 얻는 것이 기존의 연구와 차이점이다. 제안된 엔트로피-SA 알고리즘과 기존의 알고리즘들을 비교 분석한 결과치를 통해 실질적인 SA의 개선을 하였다. In solving the combinatorial optimization problem, simulated annealing imposes different randomized search, acceptance and stopping criteria on the local search method in order to escape poor quality local minima as one of the representative heuristic methods. Simulated Annealing is a descent algorithm modified by random ascent moves in order to escape local minima which are not global minima. The level of randomization is determined by a control parameter T, called temperature, which tends to zero according to a deterministic "cooling schedule". In this paper, we describe various previous efforts to improve Simulated Annealing and propose entropy-Simulated Annealing which has variable ratio for cooling schedule. It turns out that performance of the Entropy-Simulated Annealing is better in the quality of solution than the other algorithm when we apply it to the TSP(Travel1ing salesman problem) in order to prove the efficiency of the proposed methods. The results of experiment have showed that 2-step entropy-Simulated Annealing is better than the other algorithm - accelerated Simulated Annealing, hybrid Simulated Annealing/Tabu Search.

Effect of annealing temperature on microstructural evolution and subsequent deformation behavior of pre-twinned AZ31 Mg alloy : Pre-twinned AZ31 Mg alloy의 어닐링 온도에 따른 미세조직 변화 거동 및 변형 거동

김예진 경북대학교 대학원 2023 국내박사

마그네슘은 낮은 밀도와 높은 비강도로 수송기기 경량화를 위해 주목받는 금속이다. 마그네슘합금의 기계적 특성 향상을 위해 압연이나 압출과 같은 소성가공을 수행 시 강한 basal texture를 형성한다. 마그네슘 가공재의 강한 basal texture는 인장-압축 항복 이방성을 높이고 소재의 성형성을 감소시킨다는 단점이 있다. 이전에는 이러한 단점을 극복하기 위해 희토류 원소 첨가나 강소성가공과 같은 공정을 수행하였지만 높은 가격으로 인해 대안이 요구되고 있다. 마그네슘합금의 주된 변형 기구 중 하나인 쌍정은 방위를 재배열시키는 특징이 있어 저렴하고 간단한 공정으로 집합조직 변화가 가능하다. 변화된 집합조직을 가지는 소재는 in-plain 인장 시 {10–12} twinning 활성화가 용이하여 소재의 성형성을 향상할 수 있다. 하지만 쌍정 형성 중 축적된 잔류 변형량으로 성형성이 감소한다. 따라서 선변형으로 집합조직이 변화된 소재는 잔류 변형량을 제거하기 위한 어닐링 열처리가 요구된다. 본 연구에서는 마그네슘 압연재의 특성 향상을 위해 '쌍정+열처리(PTA) 복합처리 기술'을 도입하여 어닐링 온도에 따른 미세조직 변화 거동과 어닐링 열처리된 소재의 변형 거동을 분석하였다. 1. 상용 마그네슘 압연재를 압연방향(RD)으로 압축 시 {10–12} extension twin의 형성으로 c-축이 ND와 평행하게 배열된 집합조직이 RD로 배열되며 쌍정립계가 다수 형성된다. 이러한 시편을 어닐링 열처리 시 고각 결정립계(HAGB)의 변형 유기 입계 이동(SIBM)으로 결정립 성장이 발생한다. 그 결과 잔류 변형량이 감소하고 평균결정립 크기가 증가하며 집합조직 강도가 증가한다. 2. 결정립계 이동속도는 결정립계 이동성과 구동력에 비례하며, 어닐링 온도가 증가함에 따라 결정립계 이동성이 증가하여 어닐링 중 조직 변화가 활발하게 발생한다. 구동력은 잔류 변형량과 결정립계 에너지에 영향을 받으며 어닐링 온도가 증가할수록 구동력이 낮은 결정립계 이동이 가능하다. 200 ℃ 이하의 온도에서는 회복만 발생하여 twinned structure가 유지되는 반면 온도가 증가할수록 SIBM이 활발하게 발생하여 잔류 twin boundary와 잔류 변형량이 점차 감소한다. 400 ℃ 이상의 온도에서 는 안정한 strain-free, twin-free structure로 변화한다. 3. PTA 공정이 적용된 소재는 RD로 인장 시 c-축이 인장되는 응력을 받기 때문에 twinning이 변형수용에 기여한다. 어닐링 온도에 따라 twinned structure가 유지된 영역은 detwinning으로 변형을 수용하며 twin-free structure에서는 twinning으로 변형을 수용한다. 어닐링 온도가 증가함에 따라 주된 변형수용 거동이 detwinning에서 twinning으로 변화하여 급격한 strain hardening rate 변화가 나타나지 않으며 연신율이 최대 56% 향상된다. 본 연구 결과를 통해 저렴하고 간단한 방법인 PTA 공정을 통해 마그네슘 압연재의 집합조직을 변화할 수 있었다. PTA 공정 중 조직 변화 거동과 PTA 공정이 적용된 소재의 변형거동을 규명함으로써 위 공정의 효과를 극대화할 수 있었으며 다양한 산업으로의 응용이 가능할 것으로 기대된다. Mg alloys have received significant interest in the transportation industry due to their superior specific strength and lower density compared to other widely used structural metals, such as Al alloys and steels. Wrought Mg alloys have high strength but have a strong basal texture, resulting in high yield anisotropy and poor formability. Previous studies have modified the texture of wrought Mg alloys by adding rare earth elements or introducing severe plastic deformation process, but their high cost limits their practical application. Therefore, we have proposed the use of twinning as an economical and simple approach to modify the texture of wrought Mg alloys. Since residual strain formed by deformation for inducing twinning has a negative effect on ductility, a subsequent annealing process is added as a means to overcome this problem. This study aims to analyze the effect of annealing temperature on microstructural evolution and subsequent deformation behavior of pre-twinned Mg alloys. To achieve this objective, rolled AZ31 materials are precompressed along the rolling direction (RD) prior to annealing at various temperature. When pre-twinned samples are annealed at 200 ℃, their fully twinned microstructure remains unchanged. As the annealing temperature rises beyond 250 ℃, the proportion of twin-free grains in the microstructure also increases. This transformation leads to a change from a fully twinned grain structure to a grain structure that is entirely free of twins, as the annealing temperature increases. The primary mechanism driving microstructural evolution in pre-twinned samples during annealing is the migration of high angle grain boundaries induced by strain, leading to grain growth. When tension is applied in the RD, samples with a fully twinned grain structure exhibit detwinning of {10–12} twin. Samples with a grain structure completely free of twins experience the formation of several {10–12} twin variants when subjected to tension. On the other hand, samples with a partially twinned grain structure show simultaneous occurrence of formation of new {10–12} twins and detwinning during tension. As the annealing temperature increases, the deformation behavior gradually changes from detwinning to twinning. The yield strength, strain hardening rate, and elongation of the samples are noticeably impacted by the annealing temperature. As a result, the wrought Mg alloy texture is effectively changed by the 'pre-twinning and subsequent annealing' process, and it was confirmed that the annealing temperature has a great influence on the mechanical properties and microstructure. The process is expected to improve the bendability, damping capacity, formability, and other properties of wrought Mg alloys.

냉동 및 동결 건조 중의 다양한 annealing 조건이 분무동결건조 모델 단백질에 미치는 영향

宋大一 동국대학교 2005 국내석사

분무동결건조 단백질의 일차건조 중 다양한 annealing이 최종 시료의 물성 및 변성에 미치는 영향에 대해서 연구하였고 이를 통한 흡입식 의약품 제조의 가능성을 타진하였다. Annealing 조건을 처리하지 않은 것, 일차건조 중 -5℃에서 3시간 annealing한 것, 동일 조건에서 6시간 annealing한 것, 심온동결기에서 -5℃에서 3시간 annealing한 것, 동일조건에서 6시간 annealing한 것으로 분류하였다. 물성분석은 SEM 촬영, 분사 중 시료의 입경 측정, 건조된 시료의 입경 측정, 용해도 측정에 의해서 이루어 졌으며 변성 정도는 FT-IR상의 스펙트럼 분석을 통해서 판단하였다. SEM영상을 통해서 관찰한 결과 모든 시료는 다공성 구조를 가지고 있었고 직경은 annealing 조건에 따라서 다양하였다. 일차건조 중에 annealing한 시료는 annealing을 하지 않은 시료와 비교했을 때 보다 수축되고 훨씬 성긴 다공질 표면을 가진다는 것이 관찰되었다. 반면 심온동결기에서 annealing한 시료는 보다 큰 입경을 가졌으며 입자간의 부착 현상이 심화되어있는 것이 관찰되었다. 이러한 경향은 레이져 입도 분석에서 더욱 명확하게 나타났다. 즉 일차건조 중의 annealing은 시료의 입자를 작게 만들었으며 심온동결기에서의 annealing 오히려 크게 만들었다. 흡입식 의약품의 제조 가능성을 타진하기 위해서 공기동력학적 입경을 계산한 결과 annealing을 하지 않은 시료와 일차 건조 중 annealing한 시료가 폐 전달에 가능한 공기동력학적 입경을 가졌으며 심온동결기에서 annealing한 시료는 흡입 가능한 적정 공기 동력학적 입경 범위를 훨씬 초과하였다. 또한 용해도 분석에서도 일차건조 중 annealing한 시료가 가장 우수한 용해성능을 보였고 annealing 하지 않은 시료, 심온 동결기에서 annealing한 시료 순서로 용해성능이 좋았다. 마지막으로 단백질 변성은 동결건조를 거치지 않은 시료를 기준으로 annealing하지 않은 시료가 가장 적게 변성하였다. 그 다음으로 일차 건조 중에 annealing한 시료, 심온동력기에서 annealing한 시료 순서로 변성 정도가 작았으며 같은 annealing 군에서도 시간에 따라서 변성 정도가 심화되었다. The effect of various annealing conditions during primary drying on freeze dried model protein (ovalbumin) was studied and by this technology the possibility of making more desirable inhalation powder for deep lung delivery was also investigated. To make suitably even and small particles, ultrasonic nozzle and generator was applied for spraying system and to control shelf temperature, special devised control system was also adapted for drying system. Annealing conditions were largely divided by three groups, none annealed, annealed in freeze dryer with vacuum (for 3 or 6 hr), annealed in freezer without vacuum (for 3 or 6 hr). Different annealing environments were made by different coding in Visual basic program in drying system and different storage time in deep freezer. To evaluate physical properties and structural changes of each particle, SEM (scanning electron microscopy) and laser particle size analyzer were used. It was shown that there was a porous surface in every sample from those tests. Especially particles annealed in dryer have smaller particle diameter and bigger porous hole on their surface. In case of samples annealed in freezer sticking and particle growth phenomenon has been more worsen. In the respect of aerodynamics sample annealed in dryer showed also better aerodynamic properties. FT-IR (Fourier transform infrared spectroscopy) and conductivity meter were also applied for estimate protein denaturation and solubility of each product. Protein denaturation was increased whenever annealing procedure was added. The degree of change of protein was more worsen positively according to time. Sample annealed in deep freezer experienced strong denaturation during drying. Solubility was slightly increased when the particles annealed in dryer against none annealed sample. In case of sample annealed in freezer, the solubility was drastically decreased against other samples.

고성능 박막 트랜지스터를 위한 다결정 실리콘 박막의 재결정화 연구

임태훈 경희대학교 대학원 2010 국내석사

We studied the post-annealing effects after metal induced crystallization using a cap layer (MICC) of a-Si:H for high performance TFTs. In order to implement MICC poly-Si TFTs in organic light-emitting diode (AMOLED) display, problems such as the grain-boundary effect have to be solved because OLED display applications require high current stability. In the past years, some alternative methods have been proposed by many authors. In this study, we performed post-annealing with high temperature in a furnace. First, 50 nm-thick poly-Si films were fabricated by MICC method. The metal foil substrate was used in our study instead of glass substrate for high temperature annealing. After crystallization, a post-annealing process was performed from 700 oC to 900 oC. We measured Raman spectroscopy, XRD (X-ray diffraction), AFM (atomic force microscope) to confirm quality of poly-Si films after post-annealing at various temperatures and fabricated poly-Si TFTs on the various temperature post-annealed poly-Si films. In Raman spectroscopy, all samples have high compressive stress because of the CTE (coefficient of thermal stress) difference between the Si film and metal foil substrate. We can show not only the increased crystal volume fraction, but also the decreased FWHM (full width of half maximum) with increasing post-annealing temperature. We measured the XRD of the same samples and they exhibited almost (2 2 0) preferential orientation. The peak intensity of the (2 2 0) and (3 1 1) orientations increased with increasing post-annealing temperature, while that of the (1 1 1) orientation decreased. We suspect that high temperature and compressive stress can change the lattice constant and surface energy. So, the crystal orientation was re-arranged and rotated. We already know that the (2 2 0) orientation has very good coalescence of the grain. This was confirmed by the good quality of high temperature annealed poly-Si film results obtained in Raman spectroscopy and XRD. However, we suspected that high temperatures can cause high surface roughness, so we measured the surface roughness dependence on temperature in AFM. The peak of the (3 1 1) orientation increased with increasing annealing temperature contributing to high surface roughness. Although the surface of high temperature annealed samples was rough, both n-channel and p-channel poly-Si TFTs showed very small variation at various bias stress. In other words, the poly-Si TFTs with high temperature post-annealed poly-Si film had very good stability and uniformity. They showed better performance such as low threshold voltage (-0.9 V), high field-effect mobility (137.81 cm2/Vs) , and small gate voltage swing (0.59 V/dec.) than that of TFTs without post-annealing. Furthermore, n- / p-channel TFTs showed close to symmetric performances. These TFTs are thus candidates for use in not only advanced display backplanes but also CMOS (complementary metal oxide semiconductor) circuits.