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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 윤창번
- 발행연도
- 2023
- 저작권
- 한국공학대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수44
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최근 MOS 소자의 공정이 세밀해지고 집적도가 높아짐에 따라 기존 Gate Oxide로 사용되던 SiO2의 두께가 감소하였다. 이로 인해 전자의 tunneling 증가에 따른 누설전류 문제가 발생하며 소비전력 증가와 속도향상 등의 효용성에 한계에 부딪혔다. SiO2의 한계를 극복하기 위해 공정에서 실리콘과의 열역학적 안정성을 가지며 SiO2보다 높은 유전 상수를 가지며 적당한 band gap을 갖는 물질 연구가 이어졌다. 그 중, HfO2는 높은 유전 상수 (k=20~25)와 상대적으로 넓은 band gap (5.68eV), Si 기판과의 열적 안정성 등 우수한 특성을 가지고 있어 SiO2를 대체할 차세대 물질로 연구되고 있다. 또한, 2011년 HfO2에 Si를 도핑한 박막에서 강유전성이 보고된 이후 Ferroelectric Random Access Memory (FeRAM)의 새로운 물질로도 연구가 많이 진행되고 있다. HfO2 기반의 Ferroelectric은 기존 페로브스카이트 구조의 Ferroelectric에 대비하여 10nm 이하의 두께에서도 강유전성이 나타나며 큰 band gap으로 누설전류를 낮출 수 있다는 장점이 있다. 본 연구에서 다양한 분야에서 주목받고 있는 HfO2에 Al을 도핑하여 그 농도에 따른 특성 변화를 연구하였다. Al doped HfO2 박막은 PEALD를 이용하여 증착하였으며 제작된 MIM 소자의 구조적, 전기적 특성 평가에 초점을 맞추고 있다. 본 연구결과는 향후 차세대 반도체 소자 재료 분야에 중요한 초석이 될 것으로 기대한다.
목차
그림 목차 Ⅲ표 목차 Ⅴ국문 요약 Ⅵ제 1장. 서론 1제 2장. 이론적 배경 3제 1절. Atomic Layer Deposition (ALD, 원자층증착법) 32.1.1. ALD 정의 32.1.2. ALD window 52.1.3. Plasma Enhanced ALD (PEALD) 7제 2절. Properties of HfO2 92.2.1. HfO2의 일반적 특성 92.2.2. HfO2의 결정 구조 92.2.3. High-k HfO2 112.2.4. Dopant에 따른 HfO2의 구조 변화 13제 3장. PEALD를 이용한 Al doped HfO2 소자 제작 및 특성 평가 18제 1절. 실험 과정 183.1.1. PEALD를 이용한 Al doped HfO2 박막 증착 183.1.2. 박막 특성 평가 24제 2절. 결과 및 토론 313.2.1. Al doped HfO2 박막의 PEALD 증착 거동 313.2.2. Al doped HfO2 박막의 결정 구조 분석 373.2.3. Al doped HfO2 박막의 TEM 분석 403.2.4. Al doped HfO2 박막의 Break down voltage 변화 423.2.5. Al doped HfO2 박막의 P-E curve 특성 변화 453.2.6. Al doped HfO2 박막의 유전 상수 변화 48제 4장. 결론 50참고문헌 52학술발표 57ABSTRACT 58
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