초록 ▼

본 연구 “III족 질화물 박막의 저온 ALD 성장 및 전자소자 응용” 과제 수행을 통해 도출된 연구결과는 다음과 같음.

1) Trimethyl계 전구체와 암모니아 가스를 이용한 ALD 방법으로 질화물 박막을 성장 시키는 공정을 확립 ; 플라즈마 강화 ALD 공정과 thermal ALD 공정을 이용해 AlN, GaN, Al_xGa_1-xN, TaN_x 박막을 성장시킴. PEALD의 경우 증착 온도는 250 - 350℃, thermal ALD의 경우 증착 온도는 275

본 연구 “III족 질화물 박막의 저온 ALD 성장 및 전자소자 응용” 과제 수행을 통해 도출된 연구결과는 다음과 같음.

1) Trimethyl계 전구체와 암모니아 가스를 이용한 ALD 방법으로 질화물 박막을 성장 시키는 공정을 확립 ; 플라즈마 강화 ALD 공정과 thermal ALD 공정을 이용해 AlN, GaN, Al_xGa_1-xN, TaN_x 박막을 성장시킴. PEALD의 경우 증착 온도는 250 - 350℃, thermal ALD의 경우 증착 온도는 275 - 335℃로 공정이 이루어짐. 박막의 구조적, 화학적, 전기적 특성을 각각 분석하여 공정 조건과 박막 물성과의 연관성을 밝힘.

2) AlN 질화물 박막에서 나타나는 저항변화 현상의 연구를 통해 질화물에서 나타나는 저항변화 현상의 메커니즘을 규명하고, 질화물 기반 전자소자의 고속 메모리 응용 가능성을 탐색 (Byung Joon Choi et al. "High-speed and low-energy nitride memristors”, Adv. Funct. Mater. 26, 5290 (2016)) ; 나노 사이즈 레벨 (50nm⨉50nm)의 AlN 기반 저항변화 메모리 셀을 평가하여 저전류 구동 (<15μA) 특성을 얻었고, 마이크로 사이즈(2μm x 2μm) 소자에서 고속 동작 (<100ps 펄스 사용) 특성을 확보함. 저항변화 메모리 소자 단면의 FIB-TEM EELS 화학 분석을 통해 질화막 내 질소 및 표면층 산소의 교환에 따른 soft breakdown과 Al-rich conducting channel의 형성이 AlN 질화막의 저항변화 현상의 주요 기구임을 밝힘.

3) 질화물/산화물 복합막을 이용한 터널링 기반 선택소자를 ALD 공정을 이용해 제작하고,고선택비를 위한 물질 및 공정 조건을 확립 (Byung Joon Choi et al. "Trilayer tunnel selectors for memristor memory cells”, Adv. Mater. 28, 356(2016)) ; PEALD 방법을 이용해 반도체성 TaNx 박막을 성장 시키고, Ta₂O₅ 산화막을 삽입한 multi-layer 구조에서 10⁴ 이상의 고선택비를 갖는 비선형성 전류(I)-전압(V) 특성을 얻음. 온도에 따른 전기적 특성 (I-V-T)을 분석함으로써 crested barrier에서 발생하는 터널링 현상이 multi-layer 구조에서의 주요한 전류 전도 기구임을 밝힘.

4) Al_xGa_1-xN 질화물 복합막에서 나타나는 저항변화 현상을 이용해 메모리 셀을 제작 및 평가하고 XPS, TEM 분석을 통해 AlN 메모리 셀과의 차이점을 분석 (Min Soo Kim et al. "Ternary nitride memristors", Proceeding of China Semiconductor Technology International Conference 2017) ; PEALD 방법으로 성장시킨 삼성분계 Al_xGa_1-xN복합막을 기반으로 하는 저항변화 메모리 셀은 AlN 기반 메모리 셀 대비 전압, 저항 등 동작 파라미터의 variability가 낮고 선형적인 I-V 동작 특성을 나타냈음. TEM 분석을 통해 다결정성을 갖는 Al_xGa_1-xN 복합막에서 보다 균일한 방식으로 conducting channel이 형성되는 것으로 예상되었음.

( 출처 : Ⅰ. 연구결과 요약문 3p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 3
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 4
• 1. 연구과제의 개요 ... 4
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 4
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 5
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 6
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 6
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 6
• Ⅲ. 연구성과 ... 7
• 끝페이지 ... 15