[반도체실험] MOS capacitors and transistors

소개

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목차

Ⅰ. 반도체 공정
1. 반도체 공정에 대하여 간략히 설명하시오. (sputter, ALD, Lithography)

Ⅱ. MOS-cap
1. 측정한 소자의 구조 및 C-V curve를 그리시오.
2. MOS에서 p-type (NA=5x1018) silicon substrate에 Tox=1 nm의 SiO2를 성장시킨 뒤, Gate 전극으로 n+-poly Si를 사용할 때의 Band diagram을 그리시오.
3. 2의 조건에서 ФMS와 2ФFP을 이용하여 VT를 계산하고, VT가 0이 되기 위한 Gate 전극의 work function을 구하시오.
4. Strong inversion 상태에서 Si에서의 charge와 space charge에 대해 서술하시오. 그리고 이 둘을 포함한 total charge에 대한 분포를 그리시오.
5. p-type Si substrate doping 농도가 증가함에 따라 나타나는 high frequency C-V 특성에 대해 C-V 그래프를 이용하여 간략하게 설명하시오.
6. 1번의 조건에서 MOS junction이 형성되었을 때, charge 분포 (ρ(x)), electric field 분포 (ε(x)), 그리고 potential 분포 (ψ(x))를 그리고 이들의 상관관계에 대해 서술하시오.

Ⅲ. RRAM
1. 측정한 소자의 구조 및 log I-V curve를 그리시오. (switching parameter 들을 표시하시오 : forming voltage, set voltage, reset voltage, read voltage, on/off ratio )
2. 기존의 charge-based memory 소자들과 emerging non-volatile memory 소자들의 구동 원리 및 차이점에 대해서 간략히 서술하시오. (기존의 charge-based memory 소자의 한계점)
3. 측정한 소자의 switching mechanism 에 대하여 간략히 설명하시오.

Reference

본문내용

1) Sputtering은 Physical Vapor Deposition(PVD)의 일종으로, RF power나 DC power에 의해 형성된plasma 내의 높은 에너지를 갖는 gas ion이 target 표면과 충돌(energetic ion bombardment)하여 증착하고자 하는 target 입자들이 dislodge함으로써 기판에 증착되는 공정이다. 먼저 vacuum 상태의 tube에 비활성기체인 Ar gas를 채우고 target(cathode)에는 (-), 증착할 기판(anode)에는 (+) voltage를 가해준다. 그 결과, (+) 기판 쪽으로 electron의 acceleration이 일어나며, Ar과 충돌하게 된다. Ar 기체는 이온화가 되어 플라즈마 상태가 된다. Electron을 내놓으면서 발생한 Ar+이 target 쪽으로 가속되며 impact ionization으로 ion이 점점 많아진다. 이 과정에서 excitation, relaxation, glow discharge를 동반한다. 가속된 gas ion은 target과 충돌하며, 그 에너지가 충분히 큰 경우에는 target atom을 튀어나오게 한다. 이때 Ar+은 target으로부터 electron을 얻어 중성이 되고 튀어나온 target atom은 anode로 이동하여 증착된다.

2) ALD(Atomic Layer Deposition)는 원자 하나만큼의 두께를 가진 얇은 막을 증착시키는 공정으로, self-saturating chemisorption을 이용한다. Chemisorption은 chamber로 주입해준 gas가 기판 표면에 달라붙는 것이며, 흡착 표면과 결합력을 통해 새로운 화합물을 만들 수 있다. Self-saturated reaction은 표면에서의 반응이 충분히 완료되면 더 이상 증착되지 않는 것이며, 오래 노출되어도 한 층만 증착되도록 한다.

참고자료

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· Atomic Layer Deposition in Energy Conversion Applications, Julien Bachmann, First Edition, WILEY (2017)
· The Science & Engineering of microelectronic fabrication, S. A. Campbell, Oxford University Press (2001)
· Ben G. Streetman and Sanjay Kumar Benergee, Solid state Electronic Devices 7th, PEARSON(2016)
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· H.-S. Philip Wong et al., Metal-Oxide RRAM, Proceedings of the IEEE, Vol. 100, No.6(2012)
· Hongsik Jeong, Development Status and Prospect of New Memory Devices, Vacuum Magazine, (2014)
· 백승재, 이붕주, 박구범, 반도체 뉴메모리의 동향 및 전망, 전기의 세계
· Seung Jae Baik, 11th LETI annual review workshop3: Innovative memory technologies, 2009
· 이동수, 심현준, 최두호, 황현상, 차세대 비휘발성 Oxide 저항 변화 메모리(ReRAM), 물리학과 첨단기술(2005)
· Amit Prakash, HyungSang Hwang, Multilevel Cell Storage and Resistance Variability in Resistive Random Access Memory, Physical Sciences Reviews(2016)