앞으로의 전자제품은 모든 영역에서 초미세화, 초경량화가 진행될 것이다. 이에 따른 문제점들은 기존의 거시적, 분광학적인 방법으로는 분석 할 수 없다. 따라서 nano-scale에서의 기계적인 특징에 대한 정밀한 분석이 필요하고, 이를 통해 구조물의 신뢰도와 안정성에 대한 확인이 가능해 질 것이다. 본 논문에서는 초박막화되고 다양한 구조로 변형되고 있는 HfO_(2) 게이트 산화막에 대한 연구를 진행하였다. rf magnetron sputter를 이용하여 산소유량을 다르게 하여(2.5, 3.0 sccm) HfO_(2) ...
앞으로의 전자제품은 모든 영역에서 초미세화, 초경량화가 진행될 것이다. 이에 따른 문제점들은 기존의 거시적, 분광학적인 방법으로는 분석 할 수 없다. 따라서 nano-scale에서의 기계적인 특징에 대한 정밀한 분석이 필요하고, 이를 통해 구조물의 신뢰도와 안정성에 대한 확인이 가능해 질 것이다. 본 논문에서는 초박막화되고 다양한 구조로 변형되고 있는 HfO_(2) 게이트 산화막에 대한 연구를 진행하였다. rf magnetron sputter를 이용하여 산소유량을 다르게 하여(2.5, 3.0 sccm) HfO_(2) 박막을 제작하고 Furnace를 통해 열처리를 실시하였다. 완성된 시료는 Nano-mechanics 특성 연구에 중점을 두고 Nano-indenter로 경도(Hardness), 탄성계수(Elastic modulus), 박막의 내부 stress 상태 등을 확인하였다. 또한, SPM으로 표면이미지와 KPFM(Kelvin probe force microscope) 측정을 통해 표면의 포텐셜 분포를 측정하였다. Current density-voltage, Capacitance-voltage 측정으로 전기적인 특징을 확인하였고, XRD 분석을 통해 결정성을 확인하였다. 실험결과 산소유량을 2.5 sccm으로 증착한 시료와 3.0 sccm으로 증착한 샘플은 산소유량이 증가할수록 XRD 결과 31° 부근에서 발생했던 monoclinic peak들이 사라지고 44°에서 orthorhombic peak가 성장하는 것을 확인하였다. 전기적인 특성은 산소유량이 증가할수록 절연특성, capacitance 특성이 상대적으로 우수해진 것을 확인하였다. 기존 연구에 의하면 HfO_(2) 게이트 산화막이 500℃ 미만의 온도로 열처리하면 비정질 상태에서 부분적으로 nanocrystal 발생한다고 알려져 있다. 이로 인해 발생되는 Nano-mechanics 특성 차이를 직접 측정 할 수 있었다. Nano-indenter 실험결과 400℃ 샘플에서 박막의 stress와 경도, 탄성계수의 차이를 확인 하였다. 또한, KPFM 결과로 포텐셜 분포가 산소유량 3.0 sccm에서 더 안정적인 것을 측정 하였다. 모든 실험결과를 통해 rf magnetron sputter로 산소유량의 변화를 주면 HfO_(2) 게이트 산화막의 특성이 변화되는데, 본 연구를 통해 Nano-scale의 영역에서 그 특성들의 차이를 직접 측정해 확인 할 수 있었다.
앞으로의 전자제품은 모든 영역에서 초미세화, 초경량화가 진행될 것이다. 이에 따른 문제점들은 기존의 거시적, 분광학적인 방법으로는 분석 할 수 없다. 따라서 nano-scale에서의 기계적인 특징에 대한 정밀한 분석이 필요하고, 이를 통해 구조물의 신뢰도와 안정성에 대한 확인이 가능해 질 것이다. 본 논문에서는 초박막화되고 다양한 구조로 변형되고 있는 HfO_(2) 게이트 산화막에 대한 연구를 진행하였다. rf magnetron sputter를 이용하여 산소유량을 다르게 하여(2.5, 3.0 sccm) HfO_(2) 박막을 제작하고 Furnace를 통해 열처리를 실시하였다. 완성된 시료는 Nano-mechanics 특성 연구에 중점을 두고 Nano-indenter로 경도(Hardness), 탄성계수(Elastic modulus), 박막의 내부 stress 상태 등을 확인하였다. 또한, SPM으로 표면이미지와 KPFM(Kelvin probe force microscope) 측정을 통해 표면의 포텐셜 분포를 측정하였다. Current density-voltage, Capacitance-voltage 측정으로 전기적인 특징을 확인하였고, XRD 분석을 통해 결정성을 확인하였다. 실험결과 산소유량을 2.5 sccm으로 증착한 시료와 3.0 sccm으로 증착한 샘플은 산소유량이 증가할수록 XRD 결과 31° 부근에서 발생했던 monoclinic peak들이 사라지고 44°에서 orthorhombic peak가 성장하는 것을 확인하였다. 전기적인 특성은 산소유량이 증가할수록 절연특성, capacitance 특성이 상대적으로 우수해진 것을 확인하였다. 기존 연구에 의하면 HfO_(2) 게이트 산화막이 500℃ 미만의 온도로 열처리하면 비정질 상태에서 부분적으로 nanocrystal 발생한다고 알려져 있다. 이로 인해 발생되는 Nano-mechanics 특성 차이를 직접 측정 할 수 있었다. Nano-indenter 실험결과 400℃ 샘플에서 박막의 stress와 경도, 탄성계수의 차이를 확인 하였다. 또한, KPFM 결과로 포텐셜 분포가 산소유량 3.0 sccm에서 더 안정적인 것을 측정 하였다. 모든 실험결과를 통해 rf magnetron sputter로 산소유량의 변화를 주면 HfO_(2) 게이트 산화막의 특성이 변화되는데, 본 연구를 통해 Nano-scale의 영역에서 그 특성들의 차이를 직접 측정해 확인 할 수 있었다.
Ultra-refinement and ultra-light weight for electronic products of the future will proceed in all areas. There are quite a few problems with this phenomenon and these problems cannot be analyzed in the existing macroscopic, spectroscopic methods. Therefore, we need a detailed analysis on the mechani...
Ultra-refinement and ultra-light weight for electronic products of the future will proceed in all areas. There are quite a few problems with this phenomenon and these problems cannot be analyzed in the existing macroscopic, spectroscopic methods. Therefore, we need a detailed analysis on the mechanical properties of nano-scale and through this; it will be possible to check on the stability and reliability of the structure. HfO_(2) gate dielectric thin film that is transformed into a variety of structures was studied. In this paper, HfO_(2) thin films were deposited using by rf magnetron sputter with different oxygen flow rates(2.5, 3.0 sccm) and annealing treatment was conducted by Furnace. Completed sample was base on study of Nano-mechanics’ properties. Using Nano-indenter, Hardness, Elastic modulus, Inner stress state of the thin films was confirmed. By measuring surface images and AFM(atomic force microscope), In addition, the surface potential distribution was measured using KPFM(kelvin probe force microscope). It was confirmed that the electrical characteristics by measuring Current density-voltage, Capacitance-voltage and the crystal structure through XRD analysis. The result of the XRD experiment was identified that each sample deposited by the oxygen flow 2.5sccm and 3.0sccm. These samples are demonstrated that in accordance with the increase of oxygen flow rate, monoclinic peak which have occurred in the 31 degrees at oxygen flow 2.5 sccm. But monoclinic peak disappears at oxygen flow 3.0 sccm and the orthorhombic peak in 44 degrees grows in the result of XRD. The electrical characteristics was confirmed that as the oxygen flow rate increase, the characteristics of break down voltage and capacitance became relatively superior. According to the existing study, HfO_(2) gate oxide film by annealing at a temperature of less than 500 degrees, the nanocrystal in amorphous state is known to occur partially. We were able to directly measure the difference in Nano-mechanics’ properties caused by. Nano-indenter experimental results confirm the difference in the harness, elastic modulus and the stress of the thin film samples of 400 degrees. As a result of KPFM, it was measured that potential distribution at 3.0sccm oxygen flow rate is more stable. From the all experimental results, it was found that rf magnetron sputter to the change of the oxygen flow rate will change the properties of the HfO_(2) gate oxide film. This study was able to confirm that the differences of the properties in the area of nano-scale by measuring directly.
Ultra-refinement and ultra-light weight for electronic products of the future will proceed in all areas. There are quite a few problems with this phenomenon and these problems cannot be analyzed in the existing macroscopic, spectroscopic methods. Therefore, we need a detailed analysis on the mechanical properties of nano-scale and through this; it will be possible to check on the stability and reliability of the structure. HfO_(2) gate dielectric thin film that is transformed into a variety of structures was studied. In this paper, HfO_(2) thin films were deposited using by rf magnetron sputter with different oxygen flow rates(2.5, 3.0 sccm) and annealing treatment was conducted by Furnace. Completed sample was base on study of Nano-mechanics’ properties. Using Nano-indenter, Hardness, Elastic modulus, Inner stress state of the thin films was confirmed. By measuring surface images and AFM(atomic force microscope), In addition, the surface potential distribution was measured using KPFM(kelvin probe force microscope). It was confirmed that the electrical characteristics by measuring Current density-voltage, Capacitance-voltage and the crystal structure through XRD analysis. The result of the XRD experiment was identified that each sample deposited by the oxygen flow 2.5sccm and 3.0sccm. These samples are demonstrated that in accordance with the increase of oxygen flow rate, monoclinic peak which have occurred in the 31 degrees at oxygen flow 2.5 sccm. But monoclinic peak disappears at oxygen flow 3.0 sccm and the orthorhombic peak in 44 degrees grows in the result of XRD. The electrical characteristics was confirmed that as the oxygen flow rate increase, the characteristics of break down voltage and capacitance became relatively superior. According to the existing study, HfO_(2) gate oxide film by annealing at a temperature of less than 500 degrees, the nanocrystal in amorphous state is known to occur partially. We were able to directly measure the difference in Nano-mechanics’ properties caused by. Nano-indenter experimental results confirm the difference in the harness, elastic modulus and the stress of the thin film samples of 400 degrees. As a result of KPFM, it was measured that potential distribution at 3.0sccm oxygen flow rate is more stable. From the all experimental results, it was found that rf magnetron sputter to the change of the oxygen flow rate will change the properties of the HfO_(2) gate oxide film. This study was able to confirm that the differences of the properties in the area of nano-scale by measuring directly.
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