반도체 밴드갭에서 계면 상태 연구는 학문적으로나, 실질적인 전자 장치 응용 면으로도 많은 연구가 진행되어 왔다. 많은 연구에도 불구하고, 아직 까지는 초박막 실리콘 산화층을 갖고 있는 반도체의 계면의 물리적 특성은 명확히 밝혀지지는 않았다. 실리콘에서 초박막 산화층을 화학적인 방법으로 생성하였고, 이 물질에 고온으로 열처리를 한 후에 전류-전압 측정을 하였다. 열처리 온도가 상승함에 따라 새는 전류가 감소하였다. SiO_(2)/Si 계면에는 Si^(1+), Si^(2+), 및 Si^(3+) 이온들과 같은 세가지의 중간 산화상태가 존재한다. X 선 광전자 분광법(...
반도체 밴드갭에서 계면 상태 연구는 학문적으로나, 실질적인 전자 장치 응용 면으로도 많은 연구가 진행되어 왔다. 많은 연구에도 불구하고, 아직 까지는 초박막 실리콘 산화층을 갖고 있는 반도체의 계면의 물리적 특성은 명확히 밝혀지지는 않았다. 실리콘에서 초박막 산화층을 화학적인 방법으로 생성하였고, 이 물질에 고온으로 열처리를 한 후에 전류-전압 측정을 하였다. 열처리 온도가 상승함에 따라 새는 전류가 감소하였다. SiO_(2)/Si 계면에는 Si^(1+), Si^(2+), 및 Si^(3+) 이온들과 같은 세가지의 중간 산화상태가 존재한다. X 선 광전자 분광법(XPS)으로 이 세가지 중간 산화 상태를 조사하였다. 고온으로 열처리한 물질일수록 낮은 산화수의 실리콘의 상대적인 양이 감소하는 것을 알수 있었다. 최근에 계면에서의 에너지 분포는 바이어스 전압을 걸어 주면서 X-선 광전자 분광법을 사용하는 새로운 기법으로 연구하였고, 본 연구에서는 초박막 SiO_(2)/Si의 계면 특성 연구에 이 방법을 이용하였다. 이 물질에서 계면 상태 밀도는 열처리한 온도에 따라 각각 측정하였고, 그 결과 고온에서 처리한 물질이 상대적으로 낮은 에너지 밀도 분포를 갖고 있다는 것을 알 수 있었다. 이것은 시료를 열처리함으로써 계면에서의 결함을 감소시킬 수 있는 주요한 원인을 밝힌 것이다. SiO_(2)/SiC의 경우도 계면에서의 특성 분석을 바이어스 전압을 걸어주면서 X-선 광전자 분광법을 사용하였다. 여기서 실리콘 산화층은 크게 두가지 방법으로 처리를 하였다. 열처리 과정시 증류수를 통한 산소 (wet-oxygen) 분위기 하에서 그리고 증류수를 사용하지 않은 산소 (dry-oxygen) 분위기 하에서 처리하였다. 결과적으로 습한 산소 분위기 하에서 처리한 물질의 계면 밀도 분포는 그 세기가 상대적으로 약간 작고 넓은 형태의 분포로 나타나고 있으며 건조한 산소 분위기에서 처리한 물질은 보다 큰 형태의 분포를 보여주었다. 습한 분위기로 처리 할 때 온도를 높여줄 경우 계면에 다른 피크가 관찰되었는데 이것은 탄소가 계면에 존재함을 나타낸다. 또한 X-선과 UV 빛의 쪼임에 따른 전기적 영향을 조사하기 위한, 즉 X-선과 UV 빛의 쪼인 후 그리고 쪼이지 않은 상태에서 전류-전압(I-V) 측정을 수행하였다. 그 결과 계면 상태 밀도 분포가 높은 물질에서 전류-전압이 낮게 측정되었고 이것은 계면에서의 결함인 높은 전자 밀도가 전류-전압 특성에 영향을 주는 것을 나타낸다.
반도체 밴드갭에서 계면 상태 연구는 학문적으로나, 실질적인 전자 장치 응용 면으로도 많은 연구가 진행되어 왔다. 많은 연구에도 불구하고, 아직 까지는 초박막 실리콘 산화층을 갖고 있는 반도체의 계면의 물리적 특성은 명확히 밝혀지지는 않았다. 실리콘에서 초박막 산화층을 화학적인 방법으로 생성하였고, 이 물질에 고온으로 열처리를 한 후에 전류-전압 측정을 하였다. 열처리 온도가 상승함에 따라 새는 전류가 감소하였다. SiO_(2)/Si 계면에는 Si^(1+), Si^(2+), 및 Si^(3+) 이온들과 같은 세가지의 중간 산화상태가 존재한다. X 선 광전자 분광법(XPS)으로 이 세가지 중간 산화 상태를 조사하였다. 고온으로 열처리한 물질일수록 낮은 산화수의 실리콘의 상대적인 양이 감소하는 것을 알수 있었다. 최근에 계면에서의 에너지 분포는 바이어스 전압을 걸어 주면서 X-선 광전자 분광법을 사용하는 새로운 기법으로 연구하였고, 본 연구에서는 초박막 SiO_(2)/Si의 계면 특성 연구에 이 방법을 이용하였다. 이 물질에서 계면 상태 밀도는 열처리한 온도에 따라 각각 측정하였고, 그 결과 고온에서 처리한 물질이 상대적으로 낮은 에너지 밀도 분포를 갖고 있다는 것을 알 수 있었다. 이것은 시료를 열처리함으로써 계면에서의 결함을 감소시킬 수 있는 주요한 원인을 밝힌 것이다. SiO_(2)/SiC의 경우도 계면에서의 특성 분석을 바이어스 전압을 걸어주면서 X-선 광전자 분광법을 사용하였다. 여기서 실리콘 산화층은 크게 두가지 방법으로 처리를 하였다. 열처리 과정시 증류수를 통한 산소 (wet-oxygen) 분위기 하에서 그리고 증류수를 사용하지 않은 산소 (dry-oxygen) 분위기 하에서 처리하였다. 결과적으로 습한 산소 분위기 하에서 처리한 물질의 계면 밀도 분포는 그 세기가 상대적으로 약간 작고 넓은 형태의 분포로 나타나고 있으며 건조한 산소 분위기에서 처리한 물질은 보다 큰 형태의 분포를 보여주었다. 습한 분위기로 처리 할 때 온도를 높여줄 경우 계면에 다른 피크가 관찰되었는데 이것은 탄소가 계면에 존재함을 나타낸다. 또한 X-선과 UV 빛의 쪼임에 따른 전기적 영향을 조사하기 위한, 즉 X-선과 UV 빛의 쪼인 후 그리고 쪼이지 않은 상태에서 전류-전압(I-V) 측정을 수행하였다. 그 결과 계면 상태 밀도 분포가 높은 물질에서 전류-전압이 낮게 측정되었고 이것은 계면에서의 결함인 높은 전자 밀도가 전류-전압 특성에 영향을 주는 것을 나타낸다.
Study of interface states in the semiconductor band gap has been intensively researched not only from the academic research but for technological application to electronic devices. Despite extensive studies, the origin of the interface states with ultrathin oxide layer has not been clarified yet. Fo...
Study of interface states in the semiconductor band gap has been intensively researched not only from the academic research but for technological application to electronic devices. Despite extensive studies, the origin of the interface states with ultrathin oxide layer has not been clarified yet. For silicon, the chemical oxidation is used to produce ultrathin silicon oxide layer which shows low current densities after its thermal treatment. The samples are prepared as a function of annealing temperature followed the chemical oxidation. Current-voltage measurement was performed and the leakage current densities of an oxide layer was decreased due to the high temperature thermal treatment. The interface contains three possible intermediate-oxidation states which are Si^(1+), Si^(2+), and Si^(3+) ions. X-ray photoelectron spectroscopy(XPS) was used to observe and characterize the intermediate-oxidation state. A newly developed, XPS measurement under bias, has been used to determine energy distribution of the interface state density. The energy distribution of chemically prepared SiO_(2)/Si was determined from the XPS measurement. The interface state density of the sample without thermal treatment is broader than thermally annealed one. The difference of each sample energy distribution in the interface state causes of the defect. Interface states in almost the entire SiC band gap region present at SiO_(2)/6H-SiC(0001) interfaces which is observed by means of XPS measurements under bias. SiO_(2) Layers formed by the wet-oxidation have a broad interface state peaks above th SiC valence band maximum, while these by the dry-oxidation have sharp interface state peaks. When the wet-oxidation temperature is increased, additional interface state peak appears. This interface state peak is related amount of graphitic carbon at the SiO_(2)/SiC interface. With increasing in the interface state density, current-voltage curves measured under X-ray irradiation shift toward the positive which indicates a decrease in the photovoltage. The photocurrent density represents the band-bending function in SiC. This results corresponds to the interface states affecting the current-voltage characteristics not by electron hole recombination but by interface state charge.
Study of interface states in the semiconductor band gap has been intensively researched not only from the academic research but for technological application to electronic devices. Despite extensive studies, the origin of the interface states with ultrathin oxide layer has not been clarified yet. For silicon, the chemical oxidation is used to produce ultrathin silicon oxide layer which shows low current densities after its thermal treatment. The samples are prepared as a function of annealing temperature followed the chemical oxidation. Current-voltage measurement was performed and the leakage current densities of an oxide layer was decreased due to the high temperature thermal treatment. The interface contains three possible intermediate-oxidation states which are Si^(1+), Si^(2+), and Si^(3+) ions. X-ray photoelectron spectroscopy(XPS) was used to observe and characterize the intermediate-oxidation state. A newly developed, XPS measurement under bias, has been used to determine energy distribution of the interface state density. The energy distribution of chemically prepared SiO_(2)/Si was determined from the XPS measurement. The interface state density of the sample without thermal treatment is broader than thermally annealed one. The difference of each sample energy distribution in the interface state causes of the defect. Interface states in almost the entire SiC band gap region present at SiO_(2)/6H-SiC(0001) interfaces which is observed by means of XPS measurements under bias. SiO_(2) Layers formed by the wet-oxidation have a broad interface state peaks above th SiC valence band maximum, while these by the dry-oxidation have sharp interface state peaks. When the wet-oxidation temperature is increased, additional interface state peak appears. This interface state peak is related amount of graphitic carbon at the SiO_(2)/SiC interface. With increasing in the interface state density, current-voltage curves measured under X-ray irradiation shift toward the positive which indicates a decrease in the photovoltage. The photocurrent density represents the band-bending function in SiC. This results corresponds to the interface states affecting the current-voltage characteristics not by electron hole recombination but by interface state charge.
주제어
#반도체 초박막 산화층 계면 상태 밀도 새는 전류 중간 산화물질 전류-전압 에너지 분포 X선 광전자 분광법 semiconductor leak-current intermediate-oxidation energy distribution interface stated density x-ray photoelectron spectroscopy graphitic carbon
학위논문 정보
저자
박종욱
학위수여기관
Graduate School, Yonsei University
학위구분
국내박사
학과
Dept. of Chemistry
지도교수
Chul Hyun Yo
발행연도
2002
총페이지
xvii, 105장
키워드
반도체 초박막 산화층 계면 상태 밀도 새는 전류 중간 산화물질 전류-전압 에너지 분포 X선 광전자 분광법 semiconductor leak-current intermediate-oxidation energy distribution interface stated density x-ray photoelectron spectroscopy graphitic carbon
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