기판온도가 AZO 박막의 광학적 및 전기적 특성에 미치는 영향

정윤근,정양희,강성준,Chung, Yeun-Gun,Joung, Yang-Hee,Kang, Seong-Jun 한국정보통신학회 2009 한국정보통신학회논문지 Vol.13 No.1

PLD 법으로 3 wt.% Al이 도핑된 ZnO 타겟을 이용하여 corning 1737 기판위에 200 mTorr의 고정된 산소 분압에서 기판온도 ($100\;{\sim}\;250^{\circ}C$)에 따른 AZO 박막의 구조적, 광학적, 전기적 특성을 조사하였다. 모든 박막들은 c 축 배향되었으며, 오직 (002) 회절 피크만 관찰되었다. $250^{\circ}C$에서 제작한 AZO 박막에서 가장 우수한 (002) 배향성을 보였으며, 이때의 반가폭 값은 $0.44^{\circ}$ 였다. 모든 박막이 가시광 영역에서 85 % 이상의 투과율을 보였으며, Burstein-Moss 효과가 관찰되었다. 전기적 특성은 $250^{\circ}C$에서 제작한 박막에서 가장 우수한 캐리어 농도 ($3.48{\times}10^{20}cm^{-3}$)와 비저항 ($1.65{\times}10^{-2}{\Omega}cm$) 값을 나타냈다. The 3wt.% Al-doped zinc oxide (AZO) thin films were fabricated on Coming 1737 substrates at a fixed oxygen pressure of 200 mTorr with various substrate temperatures ($100\;{\sim}\;250^{\circ}C$) by using pulsed laser deposition in order to investigate the microstructure, optical, and electrical properties of AZO thin films. All thin films were shown to be c-axis oriented, exhibiting only a (002) diffraction peak. The AZO thin film, fabricated at 200 mTorr and $250^{\circ}C$, showed the highest (002) orientation and the full width at half maximum (FWHM) of the (002) diffraction peak was $0.44^{\circ}$. The optical transmittance in the visible region was higher than 85 %. The Burstein-Moss effect, which shifts to a high photon energy, was observed. The electrical property indicated that the highest carrier concentration ($3.48{\times}10^{20}cm^{-3}$) and the lowest resistivity ($1.65{\times}10^{-2}{\Omega}cm$) were obtained in the AZO thin film fabricated at 200 mTorr and $250^{\circ}C$.

정전용량식 터치스크린 패널을 위한 SiO2 버퍼층 두께에 따른 ITO 박막의 전기적 및 광학적 특성

정윤근(Yeun-Gun Chung),정양희(Yang-Hee Joung),강성준(Seong-Jun Kang) 한국전자통신학회 2022 한국전자통신학회 논문지 Vol.17 No.6

본 연구에서는 Nb2O5/SiO2 이중 버퍼층위에 ITO박막을 증착하여, SiO2버퍼층 두께 변화 (40∼50 nm)에 따른 전기적 및 광학적 특성을 조사하였다. Nb2O5/SiO2 이중 버퍼층을 도입한 ITO박막의 표면 거칠기는 0.815에서 1.181 nm 범위의 작은 값을 가지는 매끄러운 형상을 보였고, 면저항은 99.3∼134.0 Ω/sq. 범위로 정전용량식 터치스크린 패널에 적용하는데 문제가 없는 것으로 나타났다. 특히 Nb2O5 (10 nm) / SiO2 (40 nm) 이중 버퍼층을 삽입한 ITO박막의 단파장(400∼500 nm) 영역에서의 평균 투과도와 색도(b*)는 83.58 % 와 0.05로 이중 버퍼층이 삽입되지 않은 ITO박막의 74.46 % 와 4.28에 비해 상당히 향상된 결과를 나타내었다. 이를 통해 Nb2O5/SiO2 이중 버퍼층을 도입한 ITO박막에서 인덱스 매칭 효과로 인해 단파장 영역의 투과도 및 색도와 같은 광학적 특성이 현저히 향상되었음을 확인할 수 있었다. In this study, we prepared ITO thin films on the Nb2O5/SiO2 double buffer layer and investigated electrical and optical properties according to the change of SiO2 buffer layer thickness (40~50nm). The ITO thin film fabricated on the Nb2O5/SiO2 double buffer layer exhibited a broad surface roughness with a small value ranging of 0.815 to 1.181nm, and the sheet resistance was 99.3 to 134.0Ω/sq. It seems that there is no problem in applying the ITO thin film to a capacitive touch screen panel. In particular, the average transmittance in the short-wavelength (400~500nm) region and the chromaticity (b*) of the ITO thin film deposited on the Nb2O5(10nm)/SiO2(40nm) double buffer layer showed significantly improved results as 83.58% and 0.05, respectively, compared to 74.46% and 4.28 of ITO thin film without double buffer layer. As a result, it was confirmed that optical properties such as transmittance in the short-wavelength region and chromaticity were remarkably improved due to the index matching effect in the ITO thin film with the Nb2O5/SiO2 double buffer layer.

메모리 소자의 셀 커패시턴스에 미치는 공정 파라미터 해석

정윤근(Yeun Gun Chung),강성준(Seong Jun Kang),정양희(Yang Hee Joung) 한국전자통신학회 2017 한국전자통신학회 논문지 Vol.12 No.5

본 연구에서는 DRAM 커패시터의 유전막 박막화를 위한 Load Lock(L/L) LPCVD 시스템을 이용한 적층형 커패시터의 제조 공정이 셀 커패시턴스에 미치는 영향을 조사하였다. 그 결과 기존의 non-L/L 장치에 비하여 약 6Å의 산화막 유효두께를 낮춤으로 커패시턴스로 환산 시 약 3-4 fF의 차이가 나타남을 확인할 수 있었다. 또한 절연막으로써 질화막 두께의 측정 범위가 정상적인 관리 범위의 분포임에도 불구하고 Cs는 계산치보다 약 36 fF 정도 낮은 것으로 확인되었다. 이는 node poly FI CD가 spec 상한치로 관리되어 셀 표면적의 감소를 초래하였고 이는 약 2fF의 Cs 저하를 나타내었다. 따라서 안정적인 Cs의 확보를 위해서는 절연막의 두께 및 CD 관리를 spec 중심값의 10 % 이내로 관리할 필요가 있음을 확인하였다. In this study, we investigated the influence of the fabrication process of stacked capacitors on the cell capacitance by using Load Lock (L/L) LPCVD system for dielectric thin film of DRAM capacitor. As a result, it was confirmed that the capacitance difference of about 3-4 fF is obtained by reducing the effective thickness of the oxide film by about 6 Å compared to the conventional non-L/L device. In addition, Cs was found to be about 3-6 fF lower than the calculated value, even though the measurement range of the thickness of the nitride film as an insulating film was in a normal management range. This is because the node poly FI CD is managed at the upper limit of the spec, resulting in a decrease in cell surface area, which indicates a Cs reduction of about 2fF. Therefore, it is necessary to control the thickness of insulating film and CD management within 10% of the spec center value in order to secure stable Cs.

MFSFET 소자의 전기적 및 리텐션 특성

정윤근,강성준,정양희,Chung, Yeun-Gun,Kang, Seong-Jun,Joung, Yang-Hee 한국정보통신학회 2007 한국정보통신학회논문지 Vol.11 No.3

In this study, the characteristics of metal-ferroelectric-semiconductor FET (MFSFET) device is investigated using field-dependent polarization and square-law FET models. From drain current with the gate voltage variation, when coercive voltages of ferroelectric thin film are 0.5 and 1V, the memory windows are 1 and 2V, respectively. When the gate voltages are 0, 0.1, 0.2 and 0.3V, the difference of saturation drain currents of the MFSFET device at two threshold voltages in ID-VD curve are 1.5, 2.7, 4.0, and 5.7mA, respectively. As a result of the analysis for drain currents after tine lapse, which is based on the simulation for hysteresis loop and the fitting of retention properties of ferroelectric thin films such as PLZT(10/30/70), PLT(10) and PZT(30/70) thin film shows excellent reliability that the decrease of saturation current is about 18% after 10 years. 본 연구에서는 field-dependent polarization 모델과 square-law FET 모델을 이용하여 Metal- ferroelectic-semiconductor FET (MFSFET) 소자의 특성을 연구하였다. 게이트 전압에 따른 드레인 전류특성에서 강유전체 박막의 항전압이 0.5 와 1 V 일 때, 각각 1와 2 V의 메모리 창 (memory window) 을 나타내었다. 드레인 전류-드레인 전압곡선에서 두 부분의 문턱전압에 의해 나타난 포화 드레인 전류차이는 게이트 전압이 0, 0.1, 0.2, 0.3 V 일 때, 각각 1.5, 2.7, 4.0, 5.7 mA로 명확한 차이를 나타내었다. PLZT(10/30/70), PLT(10), PZT(30/70) 박막의 이력곡선 시뮬레이션과 리텐션 특성의 fitting 결과를 바탕으로 시간경과 후의 드레인 전류를 분석한 결과, PLZT(10/30/70) 박막이 10년 후에도 약 18%의 포화 전류가 감소하는 가장 우수한 신뢰성을 나타내었다.

급속 열처리 온도가 HfO₂ 박막의 구조적 및 광학적 특성에 미치는 효과

정윤근,정양희,강성준,Chung, Yeun-Gun,Joung, Yang-Hee,Kang, Seong-Jun 한국전자통신학회 2019 한국전자통신학회 논문지 Vol.14 No.3

본 연구에서는 고주파 마그네트론 스퍼터링 법을 이용하여 $HfO_2$ 박막을 제작하고, 질소 분위기에서 급속 열처리 온도에 따른 $HfO_2$ 박막의 구조적 및 광학적 특성을 조사하였다. XRD 측정을 통해 열처리 유무에 상관없이 $HfO_2$ 박막은 다결정 구조를 가짐을 확인할 수 있었고, 열처리 온도가 증가함에 따라 반가폭은 감소하는 추세를 나타내었다. 박막의 표면을 AFM 으로 조사한 결과, $600^{\circ}C$ 에서 열처리한 박막의 표면 거칠기가 3.454 nm 로 가장 작은 값을 나타내었다. 모든 $HfO_2$ 박막들은 가시광 영역에서 약 80% 정도의 투과도를 나타내었다. 또한 투과도와 반사도로부터 구한 굴절률과 셀마이어 분산 관계로부터, 파장에 따른 $HfO_2$ 의 굴절률을 예측할 수 있었다. $600^{\circ}C$ 에서 열처리 한 $HfO_2$ 박막이 2.0223 (${\lambda}=632nm$) 의 높은 굴절률과 0.963 의 높은 우수한 충진율을 나타내었다. We fabricated $HfO_2$ thin films using RF magnetron sputtering method, and investigated structural and optical properties of $HfO_2$ thin films with RTA temperatures in $N_2$ ambient. $HfO_2$ thin films exhibited polycrystalline structure regardless of annealing process, FWHM of M (-111) showed reduction trend. The surface roughness showed the smallest of 3.454 nm at a annealing temperature of $600^{\circ}C$ in result of AFM. All $HfO_2$ thin films showed the transmittance of about 80% in visible light range. By fitting the refractive index from the transmittance and reflectance to the Sellmeir dispersion relation, we can predict the refractive index of the $HfO_2$ thin film according to the wavelength. The $HfO_2$ thin film annealed at $600^{\circ}C$ exhibited a high refractive index of 2.0223 (${\lambda}=632nm$) and an excellent packing factor of 0.963.

DRAM 커패시터의 질화막 내산화성 평가에 관한 연구

정윤근(Yeun-Gun Chung),강성준(Seong-Jun Kang),정양희(Yang-Hee Joung) 한국전자통신학회 2021 한국전자통신학회 논문지 Vol.16 No.3

메모리 소자의 커패시터에서 셀 커패시턴스의 향상과 scale down을 위해 유전막으로써 적층형 ONO 구조가 도입되었고 이들의 박막화가 지속적으로 시도되고 있으나 공정 처리 과정에서 많은 문제들이 대두되고 있다. 본 연구에서는 L/L LPCVD를 사용하여 약 10Å의 자연산화막 성장을 억제함으로써 3fF/cell의 정전 용량을 확보할 수 있었다. 또한 유전막의 박막화에 따른 질화막의 이상산화에 미치는 영향을 고찰함으로써 내산화성을 확보할 수 있는 유전막 형성의 안정적인 공정 관리 방법을 제안하였다. In order to improve the cell capacitance and scale down in capacitors of semiconductor memory devices, a stacked ONO structure has been introduced as a dielectric layer and thinning of these layers has been attempted continuously. However, many problems have emerged in the manufacturing process. In this study, L/L LPCVD system was used to suppress the growth of natural oxide film of about 10 Å, which was able to secure the capacitance of 3fF / cell. In addition, we investigated the effect of thinning of the dielectric film on the abnormal oxidation of the nitride film, and proposed a stable process control method for forming the dielectric film to ensure oxidation resistance.

PES 기판위에 제작한 Ga-doped ZnO 박막의 전기적 및 광학적 특성

정윤근,정양희,강성준,Chung, Yeun-Gun,Joung, Yang-Hee,Kang, Seong-Jun 한국정보통신학회 2011 한국정보통신학회논문지 Vol.15 No.7

본 연구에서는 고주파 마그네트론 스퍼터링 (RF magnetron sputtering) 법으로 기판 온도 ($50{\sim}200^{\circ}C$)에 따른 GZO(Ga : 5 wt%) 박막을 PES (polyethersulfon) 플라스틱 기판위에 제작하여, 광학적 및 전기적 특성을 조사하였다. XRD 측정을 통해 공정 조건에 관계없이 모든 GZO 박막이 c축으로 우선 성장함을 확인할 수 있었다. 박막의 표면을 AFM 으로 조사한 결과, 표면 거칠기 값은 기판 온도 $200^{\circ}C$ 에서 제작한 박막에서 가장 낮은 값 (0.196 nm) 을 나타내었다. 투과도 측정 결과, GZO 박막은 약 80% 이상의 투과율을 보였고, 기판 온도가 증가할수록 에너지 밴드 갭이 증가하는 Burstein-Moss 효과를 관찰할 수 있었다. Hall 측정 결과, 기판 온도 $200^{\circ}C$에서 제작한 GZO 박막에서 가장 낮은 비저항 $6.93{\times}10-4\;{\Omega}{\cdot}cm$ 값과 가장 높은 캐리어 농도 $7.04{\times}1020/cm^3$ 값을 나타내었다. We fabricated gallium doped ZnO (GZO, 5 wt% Ga) thin films on PES (polyethersulfon) substrate with RF magnetron sputtering and investigated optical and electrical properties for various substrate temperatures ($50{\sim}200^{\circ}C$). All GZO thin film has c-axis preferred orientation without reference to deposition conditions. As a result of AFM analysis, the GZO thin film deposited at $200^{\circ}C$ exhibited the lowest surface roughness of 0.196nm. The transmittance of GZO thin films were above 80% and Burstein-Moss effect was observed. In the analysis of Hall measurement, we confirmed that the GZO thin film deposited at $200^{\circ}C$ showed the lowest resistivity of $6.93{\times}10-4{\Omega}{\cdot}cm$ and the highest carrier concentration of $7.04{\times}1020/cm^3$.

투명 사파이어 기판위에 성장시킨 Ga-doped ZnO 박막의 전기적·광학적 특성

정윤근,정양희,강성준,Chung, Yeun Gun,Joung, Yang Hee,Kang, Seong Jun 한국정보통신학회 2013 한국정보통신학회논문지 Vol.17 No.5

본 연구에서는 고주파 마그네트론 스퍼터링법으로 기판온도 변화에 따른 GZO 박막을 투명 사파이어 기판위에 제작하여, 박막의 전기적 광학적 특성 및 결정화 특성을 조사하였다. 전기적 특성을 조사한 결과, 기판온도 $300^{\circ}C$에서 가장 낮은 $4.18{\times}10^{-4}{\Omega}cm$의 비저항을 나타내었고, 이때의 캐리어 농도는 $6.77{\times}10^{20}cm^{-3}$, 홀 이동도는 $22cm^2/Vs$를 나타내었다. 또한 이 조건에서 가장 큰 c-축 배향성을 얻을 수 있었고, 그 때의 반가폭은 $0.34^{\circ}$이었다. AFM 표면형상에서도 기판온도 $300^{\circ}C$에서 가장 우수한 결정성을 확인하였다. 모든 GZO 박막은 기판온도와 무관하게 가시광 영역에서 80 % 정도의 투과율을 보였고, 광학적 밴드갭은 기판온도가 $300^{\circ}C$ 까지 증가함에 따라 3.52 eV 로 증가하여 blue-shift 의 경향이 관찰되었으며, 벌크 ZnO 의 밴드갭인 3.3 eV 보다 높은 것을 확인하였다. 이는 기판온도 증가에 따른 캐리어 농도의 증가로 에너지 밴드갭이 확장된다는 Burstein-Moss 효과로 설명될 수 있다. In this study, Ga-doped ZnO (GZO) thin films were fabricated on transparent sapphire substrate by RF magnetron sputtering method and then investigated the effect of various substrate temperature on the electrical, optical properties and characteristic of crystallization of the GZO thin films. The electrical property indicated that the lowest resistivity ($4.18{\times}10^{-4}{\Omega}cm$), the highest carrier concentration ($6.77{\times}10^{20}cm^{-3}$) and Hall mobility ($22cm^2/Vs$) were obtained in the GZO thin film fabricated at $300^{\circ}C$. And for this condition, the highest c-axis orientation and (002) diffraction peak which exhibits a FWHM of $0.34^{\circ}$ were obtained. From the results of AFM measurements, it is known that the highest crystallinity is observed at $300^{\circ}C$. The transmittance spectrum in the visible range was approximately 80 % regardless of substrate temperature. The optical band-gap showed the blue-shift as increasing the substrate temperature to $300^{\circ}C$, and they are all larger than the band gap of bulk ZnO (3.3 eV). It can be explained by the Burstein-Moss effect.

누설전류를 고려한 Quasi-MFISFET 소자의 특성

정윤근,정양희,강성준,Chung, Yeun-Gun,Joung, Yang-Hee,Kang, Seong-Jun 한국정보통신학회 2007 한국정보통신학회논문지 Vol.11 No.9

본 연구에서는 PLZT(10/30/70), PLT(10), PZT(30/70) 강유전체 박막을 이용한 quasi-MFISFET (Metal-Ferroelectric-Insulator-Semiconductor FET) 소자를 제작하여 드레인 전류 특성을 조사하였다. 이로부터, quasi-MHSFET 소자의 드레인 전류 크기가 강유전체 박막의 분극 크기에 따라 직접적인 영향을 받으며 결정된다는 사실을 알 수 있었다. 또, ${\pm}5V$ 와 ${\pm}10V$의 게이트 전압변화를 주었을 때 메모리 윈도우는 각각 0.5V 와 1.3V 이었고, 강유전체 박막에 인가되는 전압에 의해 만들어지는 항전압의 변동에 따라 메모리 윈도우가 변화된다는 사실을 확인할 수 있었다. MFISFET 소자의 retention 특성을 알아보기 위 해 PLZT(10/30/70) 박막의 전기장과 시간지연에 따른 누설전류 특성을 측정하여 전류밀도 상수 $J_{ETO}$, 전기장 의존 요소 K, 시간 의존 요소 m을 구하고, 이들 파라미터를 이용하여 시간에 따른 전하밀도의 변화를 정량적으로 분석하였다. In this study , quasi-MFISFET (Metal-Ferroelectric-Insulator-Semiconductor FET) devices are fabricated using PLZT(10/30/70), PLT(10), PZT(30/70) thin film and their drain current properties are investigated. It is found that the drain current of quasi-MFISFET is directly influenced by the polarization strength of ferroelectric thin fan. Also, when the gate voltages are ${\pm}5\;and\;{\pm}10V$, the memory windows are 0.5 and 1.3V, respectively. It means that the memory window is changed with the variation of coercive voltage generated by the voltage applied on ferroelectric thin film. The electric field and the leakage current with time delay of PLZT(10/30/70) thin lam are measured to investigate the retention property of MFISFET device. Some material parameters such as current density constant, $J_{ETO}$, electric field dependent factor K and time dependent factor m are obtained. The variation of charge density with time is quantitatively analyzed by using the material parameters.

La 농도에 따른 PLZT(x/30/70) 박막의 피로 특성에 관한 연구

강성준,정윤근,정양희,Kang, Seong-Jun,Chung, Yeun-Gun,Joung, Yang-Hee 한국정보통신학회 2005 한국정보통신학회논문지 Vol.9 No.5

비휘발성 메모리 소자로의 응용의 관점에서, sol-gel 방법으로 PLZT(x/30/70) 박막을 제작하여 La 농도에 따른 구조적 및 전기적 특성을 조사하였다 La 농도가 0 에서 $10mol\%$ 로 증가함에 따라, PLZT 박막의 유전상수는 450 에서 600 으로 증가된 반면, 유전손실과 100kV/cm에서 측정한 누설전류밀도는 각각 0.075 에서 0.025 로 $5.83{\times}10^{-7}$에서 $1.38{\times}10^{-7}A/cm^2$ 으로 감소되었다. 175kV/cm 에서 측정한 PLZT 박막의 이력곡선을 측정한 결과, La 농도가 0 에서 $10mol\%$ 로 증가함에 따라 박막의 잔류분극과 항전계는 각각 20.8에서 $10.5{\mu}C/cm^2,$ 54.48 에서 32.12kV/cm 로 감소되었다. PLZT 박막에 ${\pm}5V$ 의 사각펄스를 $10^9$ 회 인가하여 피로특성을 측정한 결과, La 농도가 증가함에 따라 초기 분극값의 감소가 64 에서 $40\%$ 로 개선됨을 확인할 수 있었다. The effects of La concentration in PLZT (z/30/70) thin film prepared by sol-gel method are investigated for the NVFRAM application. As the La concentration increases, the dielectric constants at 10 kHz increase from 450 to 600, while the loss tangent and the leakage current density at 100 kV/cm decrease from 0.075 to 0.025 and from $5.83{\times}10^{-7}\;to\;1.38{\times}10^{-7}\;A/cm^2,$ respectively. In the results of hysteresis loops measured at 175 kV/cm, the remanent polarization and the coercive field decrease from 20.8 to $10.5{\mu}C/cm^2$ and from 54.48 to 32.12 kV/cm, respectively, with the increase of La concentration from 0 to $10mol\%.$ After applying for $10^9$ cycles of square pulses with ${\pm}5V$ height, the remanent polarization of the PLZT (10/30/70) thin film decreases $40\%$ from the initial state, while that of the PLZT (10/30/70) thin film decreases $64\%.$.