| 연구내용 |
Si 기판 위에 hafnia(HfO2)를 증착시키면 일반적으로 Si과 hafnia 사이에
SiOx층이 형성된다. hafnia 관련 최근의 실험연구 결과를 보면 다양한 방법으로 증착된 as-grown HfO2/SiOx
stack에서 MOS 성능을 저하시키는 여러 결함이 나타나고, 특히 negative fixed charge가 관측된다. 이러한
시료를 post-annealing 시키면 interface state의 농도는 증가하는 반면 negative fixed
charge의 농도는 감소한다. post-annealing 온도를 600oC 이상으로 높이면 negative fixed
charge가 줄어들면서 positive fixed charge가 나타나는 현상을 보인다. 그러나 positive fixed
charge를 나타내는 결함이 수소 원자와 어떠한 관계를 갖는지 아직 밝혀져 있지 않다. HfO2 내에서 수소 관련 결함의
특성을 규명하기 위해 제일원리 전자구조 계산을 하였다. HfO2의 oxygen vacancy 결함은 띠간격 사이에 깊은 에너지
준위를 이루고 중성 상태에서 2 개의 전자로 채워져 있다. 수소가 oxygen vacancy와 결합하여 VO-H 복합체를 이루면
수소의 s 궤도와 Hf의 d 궤도가 상호 결합하여 bonding과 antibonding state를 만든다. HfO2의 띠간격
속의 전 영역에서 VO-H 복합체는 MOS 구조에서 Si의 띠간격을 포함하는 상당히 넓은 에너지 영역에서 항상 양전하 상태를
가진다. 이와 같은 사실은 MOS 소자의 gate 전압에 상관없이 (VO-H)+ 복합체가 쉽게 생성됨을 의미한다. VO-H
복합체가 매우 안정하고 HfO2의 띠간격에 해당하는 전 영역에서 1+ 양전하 상태로 존재하여 실험에서 측정된 수소 관련
fixed charge의 원인이 됨을 규명하였다. |
