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금속/유전체/금속(MIM) 구조 캐패시터의 전기용량의 전압 선형성은 아날로그-디지털 변환회로가 제대로 동작하기 위한 중요요소들 중의 하나이다. 그러므로 소자를 제작할 때 비선형성을 최소화하는 것이 중요하다. 여기서 전압 비선형 계수를 VCC-α라고 한다. 결국 VCC-α 값을 최소화하여 전압 선형성을 개선시키는 것이 목표이다. 전압 비선형성의 원인을 밝히고 선형성을 개선하기 위해 진공에서의 열처리를 하는 방법과 전압 비선형 계수의 부호가 반대인 물질과 적층 구조를 쌓아 실험하였다.
본 실험에 사용한 유전체인 Y2O3(Yttrium Oxide)는 높은 ...

금속/유전체/금속(MIM) 구조 캐패시터의 전기용량의 전압 선형성은 아날로그-디지털 변환회로가 제대로 동작하기 위한 중요요소들 중의 하나이다. 그러므로 소자를 제작할 때 비선형성을 최소화하는 것이 중요하다. 여기서 전압 비선형 계수를 VCC-α라고 한다. 결국 VCC-α 값을 최소화하여 전압 선형성을 개선시키는 것이 목표이다. 전압 비선형성의 원인을 밝히고 선형성을 개선하기 위해 진공에서의 열처리를 하는 방법과 전압 비선형 계수의 부호가 반대인 물질과 적층 구조를 쌓아 실험하였다.
본 실험에 사용한 유전체인 Y2O3(Yttrium Oxide)는 높은 유전상수를 갖고 있는 High-κ 물질로서 에너지 밴드갭이 넓고 열적 안전성이 우수하다는 장점을 가지고 있다. RF 마그네트론 스퍼터와 퍼니스를 사용해 Y2O3를 증착하여 MIM 캐패시터를 제작하였다.
진공 열처리 시간이 0, 1, 5 시간으로 증가함에 따라 전압 선형성 값이 96.4 ppm/V2, 90.3 ppm/V2, 77.2 ppm/V2 로 감소하였다. X-ray 광전자 분광법 (XPS)과 누설전류 측정을 통해 진공 열처리 시간이 증가함에 따라 Y-OH와 Y-C-O 결합, 산소공공과 같은 결함이 감소한 것을 확인했다.
Y2O3, Y2O3/SiO2, SiO2 유전체를 제작하여 VCC-α를 비교해보았더니 적층 구조로 쌓았을 때가 8.65 ppm/V2 로 가장 작게 측정되었다. 이는 양의 VCC-α를 갖는 Y2O3에 음의 VCC-α를 갖는 SiO2를 쌓아 물성이 개선되었음을 알 수 있었다.
종합해보면 Y2O3 박막 내에서 Y-OH와 Y-C-O 결합, 산소공공과 같은 결함이 전압 비선형성의 주요 원인임을 알 수 있었다. 전자 트랩(Trap)으로 작용할 수 있는 2차상 결합과 결정 결함을 감소시켜 소재를 개선하거나 또는 상반된 부호의 전압 비선형 계수를 가진 물질들의 직렬 적층으로 쌓아 구조를 개선하여서 전압 선형성을 개선할 수 있음을 보였다.

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