초록 ▼

□ 연구개요
(연구목표)
- 기존 반도체 기술과 호환성을 가지는 HfO₂ 기반 강유전 메모리 소자를 제작
- 다양한 분석 기법을 활용하여 강유전 소자를 평가
- 반도체 소자 응용 측면에서 필수적인 높은 수준의 재현성과 신뢰성을 갖는 소자 기술을 개발함
재료적으로 우수한 성능을 확보하는 수준의 강유전체 연구에서 한 걸음 나아가, 최적화/안정화 된 강유전 소자의 제조/평가 기술을 확보함. 즉, 반도체 소자의 신뢰성 및 성능 최적화 측면에서 강유전체 및 강유전 소자를 분석/설계/제작함. 또

□ 연구개요
(연구목표)
- 기존 반도체 기술과 호환성을 가지는 HfO₂ 기반 강유전 메모리 소자를 제작
- 다양한 분석 기법을 활용하여 강유전 소자를 평가
- 반도체 소자 응용 측면에서 필수적인 높은 수준의 재현성과 신뢰성을 갖는 소자 기술을 개발함
재료적으로 우수한 성능을 확보하는 수준의 강유전체 연구에서 한 걸음 나아가, 최적화/안정화 된 강유전 소자의 제조/평가 기술을 확보함. 즉, 반도체 소자의 신뢰성 및 성능 최적화 측면에서 강유전체 및 강유전 소자를 분석/설계/제작함. 또한, 본 연구과정를 통해, 강유전 메모리의 동작 특성 저해 및 열화 핵심 요인은 절연막 또는 강유전체/절연체 계면의 결함에 의한 성분이며, MFIS (금속/강유전체/절연체/반도체) 구조 대비MFS (금속/강유전체/반도체)가 절연막의 부재로 IL의 열화 및 IL에 의한 전하저장 등 비이상적효과를 배제함으로써 동작 특성 열화에 강인한 특성을 보임을 확인함.

□ 연구 목표대비 연구결과
(정량목표)
스위칭 전압 ≤ ±4 V, MW ≥ 0.8 V, I_on/I_off ≥ 10⁴, 데이터 보유 특성 ≥ 10⁴ s, 내구성 ≥ 10⁸ cycles, 비교군 대비 10⁶ cycle 후 동작 열화 (MW, Defect Density 등) ≤ 25%.(달성 수준 (a-IGZO/MFS FeTFT))
스위칭 전압 ≤ ±3 V, MW ≥ 1.5 V, I_on/I_off ≥ 10⁴, 데이터 보유 특성 ≥ 10⁴ s, 내구성 ≥ 10⁸ cycles, 10⁶ cycle 후 동작 열화 MW ~ 0%, SS ~ 20% 수준 (비교군 (MFIS FeTFT) 대비, 열화 수준 각 0%, 40% 수준.)
- MFIS FTJ의 1/f 노이즈 특성 분석 및 성능 개선
- MFIS FeFET IL에 의한 메모리 특성 열화 및 RWL 지연시간 분석
- MFS FeTFT의 구조적 효과에 의한 스위칭 특성 분석
-소자 제작 및 분석 완료
MFIS 강유전 트랜지스터 제작 및 성능 분석
MFIS 강유전 터널 접합 제작 및 성능 분석
MFS 강유전 박막 트랜지스터 (a-IGZO) 공정 최적화 및 성능 분석
MFIS 강유전 트랜지스터의 결함 분석을 통한 RWL 지연시간 분석
MFIS 강유전 트랜지스터의 Cycling 스트레스로 열화된 강유전 박막 특성 분석
MFIS 강유전 터널 접합의 스케일링에 따른 LFN 특성 변화 분석
MFS 강유전 박막 트랜지스터의 구조적 효과에 의한 스위칭 특성 분석
-분석 기법 개발 및 적용 완료
커패시터 패턴 기반 분극 특성 정량적 분석 기법 개발
저주파 노이즈 기반 MFIS 강유전 터널 접합의 전도 메커니즘 분석 기법 개발

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
- 제안/수행 과제 결과는 현재 SCI(E)급 논문으로 출판되었으며 (사사 논문 4편, 비사사 다수), 추가적으로 투고 준비중(작성중)으로, 2024년 이내 대부분 논문이 출판 완료 예정.
- 본 연구에서 개발 및 적용한 소자 분석 방법론은 MFIS FeFET 소자의 구동 분석 및 게이트 누설전류 (혹은 FTJ) 구동 분석 메커니즘을 포함하므로, 추후 강유전 메모리의 특성 개선 및 상용화 관점에서 소자 구동 성능 및 신뢰성 개선 방안 연구에 광범위하게 활용 가능함.
- MFS FeTFT의 경우, 금속산화물 반도체와 강유전 박막을 포함하는 연구임. 금속산화물반도체의 비휘발성 메모리 응용, 강유전 메모리 채널로써 타 소재 적용, 강유전 박막의 특성 최적화 등 다양한 방면의 비휘발성 메모리 응용에 활용 가능한 기초 연구임.
- 제안된 MFS FeTFT는 우수한 동작 안정성을 가지므로, 어레이(배열) 수준으로 확장하여 PIM을 포함한 지능형반도체응용 측면에서 연구 예정임. 현재 관련 연구주제를 제안, 선정평가 결과 대기중임. (한국연구재단 – 원천기술연구개발 – PIM인공지능반도체기술개발사업 (신소재, 신소자 기반 PIM 기술), 개인기초연구(우수신진연구), 산업통상자원부 – 민관공동투자반도체고급인력양성사업 등의 국가 연구개발 및 인력양성 과제에 관련 연구주제를 제안하였음.)

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 1) 수행 과정 ... 4
• 2) 수행 내용 ... 4
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 12
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 12
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 13
• 3) 목표 달성 수준 ... 13
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 13
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 14
• 6. 자체점검표 ... 14
• 7. 참고문헌 ... 15
• 끝페이지 ... 26