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Mist-CVD법으로 증착된 다결정 산화갈륨 박막의 MOSFET 소자 특성 연구
Characteristics of MOSFET Devices with Polycrystalline-Gallium-Oxide Thin Films Grown by Mist-CVD 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.33 no.5, 2020년, pp.427 - 431  

서동현 (한국세라믹기술원 에너지환경본부) ,  김용현 (한국세라믹기술원 에너지환경본부) ,  신윤지 (한국세라믹기술원 에너지환경본부) ,  이명현 (한국세라믹기술원 에너지환경본부) ,  정성민 (한국세라믹기술원 에너지환경본부) ,  배시영 (한국세라믹기술원 에너지환경본부)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this research, we evaluated the electrical properties of polycrystalline-gallium-oxIde (Ga2O3) thin films grown by mist-CVD. A 500~800 nm-thick Ga2O3 film was used as a channel in a fabricated bottom-gate MOSFET device. The phase stability of the β-phase Ga2O3 layer was enhanced by an anne...

주제어

# ${\beta}-Ga_2O_3$   #Mist-CVD   #MOSFET   #Mobility  

표/그림 (9)

AI 본문요약
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제안 방법

  • )를 이용하여 산화갈륨 박막의 이동도를 추정했다. 그리고 주사전자현미경(SEM) 사진을 통해 열처리된 산화갈륨 박막의 특성 변화를 확인하고 XRD를 활용하여 변화한 특성을 분석하였다.
  • 39 cm2/V⋅s임을 확인하였다. 또한 제작된 소자가 MOSFET 동작 특성에 부합하는지를 판단하기 위해 실제 측정된 드레인 전류 값과 이상적인 드레인 전류 값을 비교했다. 특정 포인트에서 실측된 전류 값은 1 mA로, 이론적인 전류 값(1.
  • 보다 상세한 분석을 위해 XRD를 사용하여 증착된 박막을 분석했다. 그림 4(a)에서 열처리 전 박막의 경우에도 (201)과 (402)면의 베타상 산화갈륨 피크를 확인할 수 있지만, 그림 4(b)에서 열처리 후 (402)면의 피크가 증가함을 볼 수 있다 [15].
  • 본 연구에서는 Mist-CVD법으로 성장한 산화갈륨 박막을 채널로 활용하여 bottom-gate MOSFET을 제작하고 드레인 전류(ID)-게이트 전압(VG) 측정 결과를 토대로 산출된 상호 컨덕턴스(transconductance, gm)를 이용하여 산화갈륨 박막의 이동도를 추정했다. 그리고 주사전자현미경(SEM) 사진을 통해 열처리된 산화갈륨 박막의 특성 변화를 확인하고 XRD를 활용하여 변화한 특성을 분석하였다.
  • 본 연구에서는 Mist-CVD법으로 증착된 산화갈륨 박막을 채널로 사용하여 bottom-gate MOSFET을 제작했다. 증착된 산화갈륨 박막의 열처리 전후의 변화를 SEM과 XRD를 통해 분석하였으며, 이를 통해 열처리 후에 박막의 베타상 특성이 향상됨을 확인했다.
  • 실제 소자의 ID-VG 커브를 측정하기 전에 시뮬레이션 프로그램(PC1D)을 이용하여 제작된 MOSFET 구조의 에너지 밴드 다이어그램을 그려본 후 동작을 예측해 보았다 [16]. 그림 5는 에너지 밴드 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
  • 열처리 후 나타나는 박막의 변화를 관찰하기 위해 SEM을 이용하여 단면과 표면 이미지를 확인했다. 그림 3(a)는 박막의 두께를 확인하기 위해 분석한 단면 이미지이다.

대상 데이터

  • 소스와 드레인 전극 증착을 위해 전자빔 증착장비(e-beam evaporator)가 사용되었다. 증착된 소스와 드레인 두께는 Ti/Al 각각 20 nm/180 nm이다.
  • 하부 게이트와의 접촉을 위해 Pt 기판을 사용했으며, p++ Si 기판 하부를 HF용액을 사용하여 에칭한 후 Pt 기판과의 접촉 저항을 줄이기 위해 약 20~30 nm 두께의 알루미늄(Al)을 열 진공 증착기(thermal evaporator)를 사용하여 증착하였다.

이론/모형

  • 특히 베타상 산화갈륨은 도핑 공정 없이도 결정구조 상의 oxygen vacancy로 인한 n-type 전도 특성을 갖고 있으므로 n-channel 반도체 재료로 사용할 수 있다 [8-10]. 산화갈륨 박막을 형성하기 위해서는 HVPE, MBE, MOCVD, RF sputter 등이 널리 쓰이는데, 이번 연구에서는 무 진공 상압에서 수용액을 분무시켜 기판과의 반응으로 박막을 증착시키는 Mist-CVD 방식을 채택하였다 [11-13].
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
산화갈륨의 전기적 특성을 확인하기 위해 홀 측정 방법을 사용할 경우 단점은? 증착된 산화갈륨의 전기적 특성을 확인하기 위해서는 일반적으로 홀(Hall) 측정 방법을 사용한다. 홀 측정은 전류가 흐르는 박막에 수직으로 자기장이 형성될 때 발생하는 홀 전압을 측정하여 박막의 이동도 [14], 캐리어 농도, 비저항 등의 여러 전기적 특성을 평가할 수 있다는 장점이 있지만, 샘플과 측정 장비 사이의 오믹 접촉(ohmic contact) 정도와 샘플의 크기, 두께, 균일성, 측정 환경의 온도, 자기장 등의 요인에 따라 측정 신뢰도가 떨어진다는 단점이 있다. 또한 박막이 실제 소자에 응용되었을 때 전기적 특성이 변할 수 있다.
산화갈륨은 성장 조건에 따라 어떻게 분류되는가? 9 eV)과 높은 임계전압(약 8 MV/cm)을 갖고 있는 반도체 재료로써 ultra wide band gap (UWBG) 소자의 재료로 사용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다 [1-4]. 산화갈륨은 성장 조건에 따라 알파, 베타, 감마, 델타, 입실론 다섯 가지의 상으로 분류되는데 그중에서도 베타상 산화갈륨은 높은 전도성을 갖고 있으며 고온에서 가장 안정하다 [5]. 이러한 이유로 다른 상의 산화갈륨을 열처리 공정을 통해 베타상 산화갈륨으로 상전이 시킬 수 있다 [6,7].
베타상 산화갈륨을 n-channel 반도체 재료로 사용할 수 있는 이유는? 이러한 이유로 다른 상의 산화갈륨을 열처리 공정을 통해 베타상 산화갈륨으로 상전이 시킬 수 있다 [6,7]. 특히 베타상 산화갈륨은 도핑 공정 없이도 결정구조 상의 oxygen vacancy로 인한 n-type 전도 특성을 갖고 있으므로 n-channel 반도체 재료로 사용할 수 있다 [8-10]. 산화갈륨 박막을 형성하기 위해서는 HVPE, MBE, MOCVD, RF sputter 등이 널리 쓰이는데, 이번 연구에서는 무 진공 상압에서 수용액을 분무시켜 기판과의 반응으로 박막을 증착시키는 Mist-CVD 방식을 채택하였다 [11-13].
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참고문헌 (17)

  1. S. J. Pearton, J. Yang, P. H. Cary, F. Ren, J. Kim, M. J. Tadjer, and M. A. Mastro, Appl. Phys. Rev., 5, 011301 (2018). [DOI: https://doi.org/10.1063/1.5006941] 

    상세보기 crossref

  2. M. H. Wong, K. Goto, H. Murakami, Y. Kumagai, and M. Higashiwaki, IEEE Electron Device Lett., 40, 431 (2019). [DOI: https://doi.org/10.1109/LED.2018.2884542] 

    상세보기 crossref

  3. M. Higashiwaki, K. Sasaki, T. Kamimura, M. H. Wong, D. Krishnamurthy, A. Kuramata, T. Masui, and S. Yamakoshi, Appl. Phys. Lett., 103, 123511 (2013). [DOI: https://doi.org/10.1063/1.4821858] 

    상세보기 crossref

  4. M. Higashiwaki, K. Sasaki, A. Kuramata, T. Masui, and S. Yamakoshi, Appl. Phys. Lett., 100, 013504 (2012). [DOI: https://doi.org/10.1063/1.3674287] 

    상세보기 crossref

  5. K. Akaiwa, K. Kaneko, K. Ichino, and S. Fujita, Jpn. J. Appl. Phys., 55, 1202BA (2016). [DOI: https://doi.org/10.7567/JJAP.55.1202BA] 

    상세보기 crossref

  6. Y. An, L. Dai, Y. Wu, B. Wu, Y. Zhao, T. Liu, H. Hao, Z. Li, G. Niu, J. Zhang, Z. Quan, and S. Ding, J. Adv. Dielectr., 9, 1950032 (2019). [DOI: https://doi.org/10.1142/S2010135X19500322] 

    상세보기 crossref

  7. N. H. Kim and H. W. Kim, Mater. Sci. Forum, 475, 3377 (2005). [DOI: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.475-479.3377] 

    상세보기

  8. H. Zhou, M. Si, S. Alghamdi, G. Qiu, L. Yang, and P. D. Ye, IEEE Electron Device Lett., 38, 103 (2017). [DOI: https://doi.org/10.1109/LED.2016.2635579] 

    상세보기 crossref

  9. D. Y. Guo, Z. P. Wu, Y. H. An, X. C. Guo, X. L. Chu, C. L. Sun, L. H. Li, P. G. Li, and W. H. Tang, Appl. Phys. Lett., 105, 023507 (2014). [DOI: https://doi.org/10.1063/1.4890524] 

    상세보기 crossref

  10. J. B. Varley, J. R. Weber, A. Janotti, and C. G. Van de Walle, Appl. Phys. Lett., 97, 142106 (2010). [DOI: https://doi.org/10.1063/1.3499306] 

    상세보기 crossref

  11. K. H. Kim, M. T. Ha, Y. J. Kwon, H. Lee, S. M. Jeong, and S. Y. Bae, ECS J. Solid State Sci. Technol., 8, Q3165 (2019). [DOI: https://doi.org/10.1149/2.0301907jss] 

    상세보기 crossref

  12. Y. Cheng, Y. Xu, Z. Li, J. Zhang, D. Chen, Q. Feng, S. Xu, H. Zhou, J. Zhang, Y. Hao, and C. Zhang, J. Alloys Compd., 831, 154776 (2020). [DOI: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.154776] 

    상세보기 crossref

  13. G. T. Dang, T. Kawaharamura, M. Furuta, and M. W. Allen, IEEE Trans. Electron Devices, 62, 3640 (2015). [DOI: https://doi.org/10.1109/TED.2015.2477438] 

    상세보기 crossref

  14. Y. Zhang, F. Alema, A. Mauze, O. S. Koksaldi, R. Miller, A. Osinsky, and J. S. Speck, APL Mater., 7, 022506 (2019). [DOI: https://doi.org/10.1063/1.5058059] 

    상세보기 crossref

  15. X. C. Guo, N. H. Hao, D. Y. Guo, Z. P. Wu, Y. H. An, X. L. Chu, L. H. Li, P. G. Li, M. Lei, and W. H. Tang, J. Alloys Compd., 660, 136 (2016). [DOI: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.11.145] 

    상세보기 crossref

  16. Z. Chen, K. Nishihagi, X. Wang, K. Saito, T. Tanaka, M. Nishio, M. Arita, and Q. Guo, Appl. Phys. Lett., 109, 102106 (2016). [DOI: https://doi.org/10.1063/1.4962538] 

    상세보기 crossref

  17. H. Zhou, K. Maize, G. Qiu, A. Shakouri, and P. D. Ye, Appl. Phys. Lett., 111, 092102 (2017). [DOI: https://doi.org/10.1063/1.5000735] 

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