[논문]홀측정을 이용한 ZTO 반도체 박막계면에서의 터널링 효과

오데레사

doi:10.3740/mrsk.2019.29.7.408

홀측정을 이용한 ZTO 반도체 박막계면에서의 터널링 효과
The Tunneling Effect at Semiconductor Interfaces by Hall Measurement 원문보기

한국재료학회지 = Korean journal of materials research, v.29 no.7, 2019년, pp.408 - 411

Abstract ▼ AI-Helper

ZTO/n-Si thin film is produced to investigate tunneling phenomena by interface characteristics by the depletion layer. For diversity of the depletion layer, the thin film of ZTO is heat treated after deposition, and the gpolarization is found to change depending on the heat treatment temperature and capacitance. The higher the heat treatment temperature is, the higher the capacitance is, because more charges are formed, the highest at $150^{\circ}C$. The capacitance decreases at $200^{\circ}C$ ZTO heat treated at $150^{\circ}C$ shows tunneling phenomena, with low non-resistance and reduced charge concentration. When the carrier concentration is low and the resistance is low, the depletion layer has an increased potential barrier, which results in a tunneling phenomenon, which results in an increase in current. However, the ZTO thin film with high charge or high resistance shows a Schottky junction feature. The reason for the great capacitance increase is the increased current due to tunneling in the depletion layer.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

홀측정기를 이용하여 저항과 케이어농도를 측정하여 전기적인 특성에 미치는 상관성을 조사하였다. 반도체 계면의 전기적인 특성으로부터 터널링현상이 발생하는 원인에 대하여 조사하였다.
본 연구에서는 ZTO 박막의 열처리온도에 따라서 공핍층이 다양하게 나타나며, 터널링현상이 나타나는 ZTO박막의 특징에 대하여 살펴보았다.

제안 방법

상대적으로 200 ℃에서 열처리한 박막은 커패시턴스가 감소하면서 150 ℃의 ZTO박막에서 전하량이 가장 크다는 것을 알 수 있다. 150 ℃의 ZTO박막에서 커패시스의 변화가 매우 크게 나타나는 이유에 대하여 조사하기 위해서 홀측정에 의해서 저항을 비교하였다.
ZTO 박막의 열처리효과에 의한 부성저항터널링 현상에 대하여 관찰하였다. ZTO/n-Si 박막의 계면에서 공핍층의 형성은 열처리온도에 따라 분극이 달라지면서 다양하게 만들어졌다.
케리어의 농도와 반도체계면 효과에 관하여 관찰하기 위해서 n형실리콘 기판 위에 플라즈마 파워 7 0W를 인가하여 마그네트론 스퍼터링 방법으로 ZTO 박막을 증착 하였다. 증착 후 열처리조건으로 박막의 물리적인 안정성을 높이기 위해서 진공 중에서 50 ℃, 100 ℃, 150 ℃, 200 ℃로 열처리를 하였다. 박막의 두께는 50 nm~150 nm 이다.
직경이 250 µm인 전극을 만들기위해서 알루미늄(Al)을 증착을 하고 전기적인 특성을 분석하였다.
케리어의 농도와 반도체계면 효과에 관하여 관찰하기 위해서 n형실리콘 기판 위에 플라즈마 파워 7 0W를 인가하여 마그네트론 스퍼터링 방법으로 ZTO 박막을 증착 하였다. 증착 후 열처리조건으로 박막의 물리적인 안정성을 높이기 위해서 진공 중에서 50 ℃, 100 ℃, 150 ℃, 200 ℃로 열처리를 하였다.
직경이 250 µm인 전극을 만들기위해서 알루미늄(Al)을 증착을 하고 전기적인 특성을 분석하였다. 홀측정기를 이용하여 저항과 케이어농도를 측정하여 전기적인 특성에 미치는 상관성을 조사하였다. 반도체 계면의 전기적인 특성으로부터 터널링현상이 발생하는 원인에 대하여 조사하였다.

성능/효과

6은 열처리온도에 따른 ZTO 박막의 전압-전류특성이다. 150^oC의 ZTO박막에서 전류는 가장 많이 증가하였고, 다른 박막들은 비선형적인 쇼키접합특성을 보여주었다.
순방향과 역방향전압에 따라서 커패기턴스의 값도 크게 차이가 있으며, 분극이 크다는 것을 알 수 있다. 상대적으로 200 ℃에서 열처리한 박막은 커패시턴스가 감소하면서 150 ℃의 ZTO박막에서 전하량이 가장 크다는 것을 알 수 있다. 150 ℃의 ZTO박막에서 커패시스의 변화가 매우 크게 나타나는 이유에 대하여 조사하기 위해서 홀측정에 의해서 저항을 비교하였다.
2는 열처리온도에 따라서 ZTO 박막에 대한 각각의 커패시턴스를 보여준다. 열처리를 하면서 온도에 따른 ZTO박막의 분극의 차이가 나타나며, 온도가 증가할수록 분극은 크게 증가하였다. 100 ℃에서 열처리한 ZTO 박막에서 분극이 크다는 것을 알 수 있다.
열처리한 ZTO 박막중에서 100 ℃ 열처리한 ZTO 박막에서 비저항이 가장 높았으며, 다음으로 150 oC 박막이 비저항이 높았다.
1은 Ar 유량을 이용하여 증착한 뒤 열처리를 한 ZTO 박막의 커패시턴스값을 보여준다. 커패시턴스 값은 150 ℃에서 열처리한 박막에서 가장 증가하였으며, 다른 온도에서는 커패시턴스가 감소하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	반도체소자의 전도메카니즘에는 어떠한 것이 있는가?	낮은 영역에서 흐르는 누설전류와 신호전류사이의 구분이 모호해지면서 전자와 양자의 효율을 개선시키기 위해서 전류에 대한 전도메카니즘과 관련하여 많은 연구가 이루어지고 있다.1-4) 반도체소자의 전도메카니즘의 기본은 오믹접합과 쇼키접합이 있다. 반도체의 전도는 불순물에 의한 전하들의 농도에 비례하여 전도도가 증가하는 경향이 있으며, n형의 불순물을 이용하는 것이 반도체소자에 유리한 이유도 (–) 전하인 전자를 이용하는 것이 전도성 향상에 유리하기 때문이다.
	반도체의 전도에서 불순물이 전도도에 어떠한 영향을 미치는가?	1-4) 반도체소자의 전도메카니즘의 기본은 오믹접합과 쇼키접합이 있다. 반도체의 전도는 불순물에 의한 전하들의 농도에 비례하여 전도도가 증가하는 경향이 있으며, n형의 불순물을 이용하는 것이 반도체소자에 유리한 이유도 (–) 전하인 전자를 이용하는 것이 전도성 향상에 유리하기 때문이다.5-7) 전통적으로 이동도향상을 보여주는 제너다이오드 혹은 에사키 다이오드도 마찬가지로 고농도 불순물도핑효과에 의해서 고속스위칭특성을 이용하는 반도체소자이다.
	오믹저항에서 터널링 현상을 구현하기 어려운 이유는?	그러나 부성저항의 터널링현상은 오믹저항을 나타내며 고농도 도핑 물질에 의한 다수케리어에 의하여 단방향성 전도메카니즘을 형성하게 된다.8-12) 오믹저항의 특성상 고농도로 도핑하게 되면 고속 스위칭이 가능하나 온도가 올라가면 소자가 파괴되는 단점이 있다. ~nm 수준의 얇은 박막에서는 고농도 도핑이 거의 불가능하다. 그래서 터널링 현상을 구현하기는 쉽지 않다.

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