물질 유전 상수 측정

소개글

HfO2와 SiO2를 서로 비교하여 높은 high-k물질의 이점과 각 물질들의 유전상수를 측정하는 실험

목차

1. 실험목적
2. 이론적 배경
3. 실험방법

본문내용

1. 실험목적
산화막 종류에 따른 MOS(Metal-Oxide-Semiconductor)소자를 직접 제작하고, 작동원리를 이해한다.
2. 이론적 배경
①High-K 물질
SiO2는 최근 몇 년 동안 산화막 게이트 물질로 이용되어 왔다. 트랜지스터의 사이즈가 작아짐으로써, SiO2 게이트 유전체의 두께는 게이트의 capacitance를 증가시키기 위해 지속적으로 감소해왔고, 그 때문에 전류와 장치작동을 이끌었다. 두께의 크기가 2nm이하로 내려감으로써, 터널링효과로 인한 누출되는 전류량이 급격하게 증가함과 동시에 통제할 수 없는 전원 소비량과 장치 신뢰도의 감소를 야기시킨다. 따라서 High-K를 가지고 SiO2를 대체하는 물질은 누전되는 효과없이 게이트의 capacitance를 증가시키는 것을 가능하게 한다.
MOSFET의 구조를 살펴보면, Si의 기질과 게이트의 양자역학적 감소 효과를 무시하면, capacitance C는 다음과 같이 표현 할 수 있다.
(A: capacitor의 면적, k: 물질 유전상수(Si-3.9), ε0: 진공유전율(8.8510-12F/m), t: capacitor 산화절연체 두께)
누출되는 전류의 제한은 t의 감소를 요구하기 때문에, 게이트의 capacitance를 증가시키기 위한 대안은 SiO2보다 높은 high-K를 가지고 있는 물질로 대체하는 것이다. 이런 방법으로면 더 두꺼운 게이트는 누출되는 전류를 감소시킬 뿐만 아니라 게이트의 유전체의 신뢰성을 증가시켜준다.

참고 자료

-최규정, “고유전율 게이트 유전체를 위한 하프늄계 산화막의 제조 및 특성 평가”, 2003
-문성용, “Molybdenum을 이용한 photomask blank 재료에 관한 연구”, 1998
-박승욱, “초고집적 반도체 소자 패턴 형성을 위한 157㎚ 간섭 조명계 연구”, 2004
-허혁, “Study on the C-V Characteristic Analysis of MOS Capacitance to Each Frequency”, 1991
-정미라, “ Si과 Ge 기판 위 high-K HfO2와 백금 전극을 이용하여 제작된 MOS 소자의 전기적 특성연구”,2010