반도체소자의 접합특성에 따라서 분극의 특성이 달라지는 원인을 조사하였다. 반도체소자의 접합특성은 최종적인 반도체소자의 효율과 관련되기 때문에 중요한 요소이며, 효율을 높이기 위해서는 반도체접합 특성을 이해하는 것은 매우 중요하다. 다양한 성질의 접합을 얻기위하여 n형의 실리콘 위에 절연물질인 carbon doped silicon oxide (SiOC) 박막을 증착하였으며, 아르곤 (Ar) 유량에 따라서 반도체기판의 특성이 달라지는 것을 확인하였다. 전도체인 tin doped zinc oxide (ZTO) 박막을 절연체인 SiOC 위에 증착하여 소자의 전도성을 살펴보았다. SiOC 박막의 특성은 플라즈마에 의하여 이온화현상이 일어날 때 Ar 유량에 따라서 이온화되는 경향이 달라지면서 반도체 계면에서의 공핍현상이 달라졌으며, 공핍층 형성이 많이 일어나는 곳에서 쇼키접합 특성이 잘 형성되는 것을 확인하였다. 아르곤 가스의 유량이 많은 경우 이온화 반응이 많이 일어나고 따라서 접합면에서 전자 홀쌍의 재결합반응에 의하여 전하들이 없어지게 되면 절연특성이 좋아지고 공핍층의 전위장벽이 증가되며, 쇼키접합의 형성이 유리해졌다. 쇼키접합이 잘 이루어지는 SiOC 박막에서 ZTO를 증착하였을 때 SiOC와 ZTO 사이의 계면에서 전하들이 재결합되면서 전기적으로 안정된 ZTO 박막을 형성하고, ZTO의 전도성이 증가되었다. 두께가 얇은 반도체소자에서 흐르는 낮은 전류를 감지하기 위해서는 쇼키접합이 이루어져야 하며, 낮은 전류만으로도 전기신호의 품질이 우수해지고 또한 채널층인 ZTO 박막에서의 전류의 발생도 많아지는 것을 확인하였다.
반도체소자의 접합특성에 따라서 분극의 특성이 달라지는 원인을 조사하였다. 반도체소자의 접합특성은 최종적인 반도체소자의 효율과 관련되기 때문에 중요한 요소이며, 효율을 높이기 위해서는 반도체접합 특성을 이해하는 것은 매우 중요하다. 다양한 성질의 접합을 얻기위하여 n형의 실리콘 위에 절연물질인 carbon doped silicon oxide (SiOC) 박막을 증착하였으며, 아르곤 (Ar) 유량에 따라서 반도체기판의 특성이 달라지는 것을 확인하였다. 전도체인 tin doped zinc oxide (ZTO) 박막을 절연체인 SiOC 위에 증착하여 소자의 전도성을 살펴보았다. SiOC 박막의 특성은 플라즈마에 의하여 이온화현상이 일어날 때 Ar 유량에 따라서 이온화되는 경향이 달라지면서 반도체 계면에서의 공핍현상이 달라졌으며, 공핍층 형성이 많이 일어나는 곳에서 쇼키접합 특성이 잘 형성되는 것을 확인하였다. 아르곤 가스의 유량이 많은 경우 이온화 반응이 많이 일어나고 따라서 접합면에서 전자 홀쌍의 재결합반응에 의하여 전하들이 없어지게 되면 절연특성이 좋아지고 공핍층의 전위장벽이 증가되며, 쇼키접합의 형성이 유리해졌다. 쇼키접합이 잘 이루어지는 SiOC 박막에서 ZTO를 증착하였을 때 SiOC와 ZTO 사이의 계면에서 전하들이 재결합되면서 전기적으로 안정된 ZTO 박막을 형성하고, ZTO의 전도성이 증가되었다. 두께가 얇은 반도체소자에서 흐르는 낮은 전류를 감지하기 위해서는 쇼키접합이 이루어져야 하며, 낮은 전류만으로도 전기신호의 품질이 우수해지고 또한 채널층인 ZTO 박막에서의 전류의 발생도 많아지는 것을 확인하였다.
This study researched the reasons for changing polarity in accordance with junction properties in an interface of semiconductors. The contact properties of semiconductors are related to the effect of the semiconductor's device. Therefore, it is an important factor for understanding the junction char...
This study researched the reasons for changing polarity in accordance with junction properties in an interface of semiconductors. The contact properties of semiconductors are related to the effect of the semiconductor's device. Therefore, it is an important factor for understanding the junction characteristics in the semiconductor to increase the efficiency of devices. For generation of various junction properties, carbon-doped silicon oxide (SiOC) was deposited with various argon (Ar) gas flow rates, and the characteristics of the SiOC was varied based on the polarity in accordance with the Ar gas flows. Tin-doped zinc oxide (ZTO) as the conductor was deposited on the SiOC as an insulator to research the conductivity. The properties of the SiOC were determined from the formation of a depletion layer by the ionization reaction with various Ar gas flow rates due to the plasma energy. Schottky contact was good in the condition of the depletion layer, with a high potential barrier between the silicon (Si) wafer and the SiOC. The rate of ionization reactions increased when increasing the Ar gas flow rate, and then the potential barrier of the depletion layer was also increased owing to deficient ions from electron-hole recombination at the junction. The dielectric properties of the depletion layer changed to the properties of an insulator, which is favorable for Schottky contact. When the ZTO was deposited on the SiOC with Schottky contact, the stability of the ZTO was improved by the ionic recombination at the interface between the SiOC and the ZTO. The conductivity of ZTO/SiOC was also increased on SiOC film with ideal Schottky contact, in spite of the decreasing charge carriers. It increases the demand on the Schottky contact to improve the thin semiconductor device, and this study confirmed a high-performance device owing to Schottky contact in a low current system. Finally, the amount of current increased in the device owing to ideal Schottky contact.
This study researched the reasons for changing polarity in accordance with junction properties in an interface of semiconductors. The contact properties of semiconductors are related to the effect of the semiconductor's device. Therefore, it is an important factor for understanding the junction characteristics in the semiconductor to increase the efficiency of devices. For generation of various junction properties, carbon-doped silicon oxide (SiOC) was deposited with various argon (Ar) gas flow rates, and the characteristics of the SiOC was varied based on the polarity in accordance with the Ar gas flows. Tin-doped zinc oxide (ZTO) as the conductor was deposited on the SiOC as an insulator to research the conductivity. The properties of the SiOC were determined from the formation of a depletion layer by the ionization reaction with various Ar gas flow rates due to the plasma energy. Schottky contact was good in the condition of the depletion layer, with a high potential barrier between the silicon (Si) wafer and the SiOC. The rate of ionization reactions increased when increasing the Ar gas flow rate, and then the potential barrier of the depletion layer was also increased owing to deficient ions from electron-hole recombination at the junction. The dielectric properties of the depletion layer changed to the properties of an insulator, which is favorable for Schottky contact. When the ZTO was deposited on the SiOC with Schottky contact, the stability of the ZTO was improved by the ionic recombination at the interface between the SiOC and the ZTO. The conductivity of ZTO/SiOC was also increased on SiOC film with ideal Schottky contact, in spite of the decreasing charge carriers. It increases the demand on the Schottky contact to improve the thin semiconductor device, and this study confirmed a high-performance device owing to Schottky contact in a low current system. Finally, the amount of current increased in the device owing to ideal Schottky contact.
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문제 정의
본 연구에서는 반도체 pn접합 계면에서의 이온화 특성에 따라서 극성이 달라지는 원인에 대하여 연구하였다. 이온화 반응에 의한 SiOC 박막의 차별화를 위해서아른곤 가스의 유량을 다르게 사용하여 증착하였다.
플라즈마발생을 위해 사용한 가스는 Ar이며,유량을 다르게 하여 이온화의 량이 달라지도록 가스의 유량을 변화시켰다. 유량에 따라서 플라즈마의 이온화밀도가 달라지므로 SiOC의 품질에 차이가 나는 것을 확인하기 위해서 증착된 박막의 전기적인 특성을 살펴보았다. Fig.
제안 방법
반도체소자의 전기적인 특성을 개선시키고 효율이 높아지게 되므로 반도체소자인 경우 반드시 쇼키접합이 요구된다. 반도체소자의 쇼키접합특성에 대하여 알아보기 위해서 n-Si/SiOC박막 위에 ZTO를 증착하였다. SiOC는 실리콘 기판 위에서 비선형적인 쇼키접합 특성을 나타냈으며, 쇼키접합 특성을 갖는 SiOC 박막 위에 증착되는 ZTO 박막 역시 누설전류를 차단하는 SiOC 박막의 쇼키접합 특성에 의해서 전류가 잘 흐르게 되는 것을 확인하였다.
본 연구에서는 반도체 pn접합 계면에서의 이온화 특성에 따라서 극성이 달라지는 원인에 대하여 연구하였다. 이온화 반응에 의한 SiOC 박막의 차별화를 위해서아른곤 가스의 유량을 다르게 사용하여 증착하였다. 채널층으로 ZTO를 증착하였으며, SiOC/ZTO 박막의 전기적인 특성의 변화를 살펴보고 SiOC 박막의 이온화에 따라서 ZTO 박막의 전도성이 얼마나 향상되는지에 대하여 살펴보았다.
이온화 특성이 다른 SiOC를 증착하기 위해서 실리콘기판 위에 rf 마그네트론 스퍼터링 방법으로 플라즈마를만들었다. 플라즈마발생을 위해 사용한 가스는 Ar이며,유량을 다르게 하여 이온화의 량이 달라지도록 가스의 유량을 변화시켰다.
이온화 반응에 의한 SiOC 박막의 차별화를 위해서아른곤 가스의 유량을 다르게 사용하여 증착하였다. 채널층으로 ZTO를 증착하였으며, SiOC/ZTO 박막의 전기적인 특성의 변화를 살펴보고 SiOC 박막의 이온화에 따라서 ZTO 박막의 전도성이 얼마나 향상되는지에 대하여 살펴보았다.
전하의 움직임을 관찰할 수 있는 커패시턴스를 측정하기 위해서 LCR미터 (HP 4284A)를 이용하였다. 최종적인 전압-전류특성을 살펴보기 위해서 피코암미터 (HP4140B)를 이용하여 측정된 전기적인 특성분석으로부터 반도체계면특성을 조사하였다.
절연막으로 SiOC의 증착은 Ar 가스를 사용하였으며, 유량은 각각 16 sccm과 20 sccm을 사용하여 플라즈마상태에서 이온화량이 달라지는 효과를 주었다. 플라즈마 이온화의 량이 달라짐에 따라서 전기적인 특성에 어떤 영향을 주는지 살펴보기 위해서 알루미늄을 이용하여 전극을 만들었다. 전하의 움직임을 관찰할 수 있는 커패시턴스를 측정하기 위해서 LCR미터 (HP 4284A)를 이용하였다.
대상 데이터
SiOC 박막과 ZTO 박막을 증착하기 위해서 n-Si 기판을 이용하고, 사용된 타겟은 SiOC 타겟과 ZTO 타겟이며, rf 마그네트론 스퍼터링 방법으로 증착하였다. 절연막으로 SiOC의 증착은 Ar 가스를 사용하였으며, 유량은 각각 16 sccm과 20 sccm을 사용하여 플라즈마상태에서 이온화량이 달라지는 효과를 주었다.
플라즈마 이온화의 량이 달라짐에 따라서 전기적인 특성에 어떤 영향을 주는지 살펴보기 위해서 알루미늄을 이용하여 전극을 만들었다. 전하의 움직임을 관찰할 수 있는 커패시턴스를 측정하기 위해서 LCR미터 (HP 4284A)를 이용하였다. 최종적인 전압-전류특성을 살펴보기 위해서 피코암미터 (HP4140B)를 이용하여 측정된 전기적인 특성분석으로부터 반도체계면특성을 조사하였다.
SiOC 박막과 ZTO 박막을 증착하기 위해서 n-Si 기판을 이용하고, 사용된 타겟은 SiOC 타겟과 ZTO 타겟이며, rf 마그네트론 스퍼터링 방법으로 증착하였다. 절연막으로 SiOC의 증착은 Ar 가스를 사용하였으며, 유량은 각각 16 sccm과 20 sccm을 사용하여 플라즈마상태에서 이온화량이 달라지는 효과를 주었다. 플라즈마 이온화의 량이 달라짐에 따라서 전기적인 특성에 어떤 영향을 주는지 살펴보기 위해서 알루미늄을 이용하여 전극을 만들었다.
성능/효과
SiOC 박막내의 양의 케리어들과 ZTO타겟의 음이온들과 만나서 재결합이 이루어지고 결과적으로 SiOC/ZTO박막의 전하들은 감소하면서 쇼키접합이 형성된다는 것을 알 수 있다.
6은 Ar의 유량에 따른 SiOC 박막의 전류에 의한 기판과 계면에서의 접합특성을 비교하였다. SiOC 박막은 쇼키접합특성이 나타나는 구간이 Ar의 유량에 따라서 다르며, Ar 유량이 증가할수록 SiOC 박막의 절연특성이 증가되면서 전류의 특성이 낮은 영역까지도 나타나며, 쇼키특성 또한 낮은 전류 값에서 동작하며, 전류를 감지한다 것을 확인하였다.
반도체소자의 쇼키접합특성에 대하여 알아보기 위해서 n-Si/SiOC박막 위에 ZTO를 증착하였다. SiOC는 실리콘 기판 위에서 비선형적인 쇼키접합 특성을 나타냈으며, 쇼키접합 특성을 갖는 SiOC 박막 위에 증착되는 ZTO 박막 역시 누설전류를 차단하는 SiOC 박막의 쇼키접합 특성에 의해서 전류가 잘 흐르게 되는 것을 확인하였다. SiOC 증착할 때, Ar가스의 유량이 20 sccm으로 많은 경우 n형 반도체 특성이 나타났고, Ar 가스의 유량이 16 sccm으로 낮은 경우 p형반도체 특성이 나타났다.
2(a)는 Ar 유량이 20 sccm인 SiOC 박막 위에ZTO를 증착한 뒤 I-V 특성을 보여준다. ZTO를 증착한 다음 SiOC/ZTO 박막의 전류 값이 크게 증가하는 것을 알 수 있다. Fig.
SiOC의 전하들이 ZTO의 전하들과 재결합하면서 전하들의 양이 급격히 감소하였기 때문이며, 동시에 커패시턴스의 값이 감소하면서 SiOC (16 sccm) 증착 후와 마찬가지로 p형 반도체 특성을 나타내었다. 결과적으로 ZTO의 박막은 SiOC 박막특성에 의존한다는 것을 알 수 있다.
이러한 특성에 의해서SiOC/ZTO 박막에서는 0V근처에서 쇼키접합이 형성되었고, 그 이상의 영역에서는 쇼키접합효과에 의해서 전압이 증가함에 따라서 전류가 급격히 증가하였다. 결과적으로 소형화 반도체소자에서는 전류의 증가에 영향을 주는 것은 케리어가 아니라 쇼키접합이라는 것을 이해할 수 있다.
또한 산소양이온의 증가로 n형의 실리콘기판이 p형의 반도체 특성으로 변형되어 나타난 것을 알 수 있다. 따라서 SiOC박막의 특성에 따라서 반도체의 분극특성이 달라지는 것을 알 수 있으며, 기판과 SiOC박막의 계면특성에 따라서 반도체소자의 특성이 달라진다는 것을 알 수 있다.
SiOC (16 sccm)의 경우처럼 쇼키접합이 잘 이루어지지 않을 경우 SiOC 박막의 누설전류가 발생되르모 전류-전압 특성곡선에서 살펴보면 0V에서 0A가 되지 않는 것을 확인할 수 있다. 하지만 서로 다른 물질이 충돌하는 접합계면특성에 따라 전류곡선이 비선형적으로 급격히 변하는 변곡점이 양의 전압과 음의 전압, 2곳에서 나타나는 것을 확인하였다. 이러한 특성에 의해서SiOC/ZTO 박막에서는 0V근처에서 쇼키접합이 형성되었고, 그 이상의 영역에서는 쇼키접합효과에 의해서 전압이 증가함에 따라서 전류가 급격히 증가하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
pn접합은 어떻게 구분되는가?
반도체소자의 전기적인 특성은 pn 접합계면의 이온화특성에 따라 달라진다.pn접합은 불순물도핑에 의한 접합의 특성에 따라서 오믹접합과 쇼키접합으로 구분되며, 소자가 얇고 투명해질수록 쇼키접합특성이 중요해진다[3-5]. 반도체소자의 p형과 n형의 구분은 커패시턴스의 변화로 알 수 있으며,커패시턴스가 n형 반도체인 경우 전자가 +방향으로 움직이므로 + 값을 갖고, p형 반도체인 경우 양전하가 –방향으로 움직이기 때문에 –값을 갖는다.
쇼키접합의 특징은?
쇼키접합은 포텐셜 전위가 0V인 경우 전류가 흐르지 않고, 전압이 증가할수록 전류가 잘 흐르게 되는 전기적인 특성이 유지되도록 하는 효과가 있다. 반도체소자의 전기적인 특성을 개선시키고 효율이 높아지게 되므로 반도체소자인 경우 반드시 쇼키접합이 요구된다.
Ar의 유량에 따른 SiOC 박막의 전류특성은 어떻게 변화하는가?
6은 Ar의 유량에 따른 SiOC 박막의 전류에 의한 기판과 계면에서의 접합특성을 비교하였다. SiOC 박막은 쇼키접합특성이 나타나는 구간이 Ar의 유량에 따라서 다르며, Ar 유량이 증가할수록 SiOC 박막의 절연특성이 증가되면서 전류의 특성이 낮은 영역까지도 나타나며, 쇼키특성 또한 낮은 전류 값에서 동작하며, 전류를 감지한다 것을 확인하였다.
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