| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2017년 가을 (11/15 ~ 11/17, 경주 현대호텔) |
| 권호 | 23권 2호 |
| 발표분야 | A. 전자/반도체 재료 분과 |
| 제목 | Al의 Co-Sputter doping을 통한 SrTiO3의 High-k 특성 제어 연구 |
| 초록 | 반도체 집적 기술이 고도화되면서, 반도체 단위 소자의 미세화 및 유전체의 초박막화에 따른 전자 투과 현상으로 인한 많은 문제점을 해결하고자 고 유전 상수 값을 가진 High-k 물질에 대한 필요성이 대두되고 있다. 그 중 SrTiO3는 페로브스카이트 구조를 가진 삼성분계 물질로 ionic polarizability에 의하여 박막에서도 100 ~ 150 이상의 고 유전 상수 값을 가질 수 있어, 꾸준한 연구가 이루어 지고 있다. 하지만, SrTiO3는 3.5 eV의 상대적으로 작은 밴드갭을 가지고 있고, n-type 반도체로 Si과의 전도대의 오프셋이 없어 높은 누설 전류 특성을 보이는 한계점을 가지고 있다. 이러한, 한계를 극복하기 위하여 많은 연구들이 실시되고 있으며 최근 Al의 도핑을 통하여 SrTiO3의 밴드갭 및 누설 전류 값의 개선이 가능하다는 연구 결과들이 발표되었다. 본 연구에서는, RF sputter 공정을 이용하여 SrTiO3에 효과적으로 Al을 균일 도핑하여 Metal-Insulator-Metal (MIM) 또는 Metal-Insulator-Semiconductor (MIS) 커패시터의 성능을 향상하고자 하였다. Al은 Sputter 내에서 Co-sputtering을 통하여 균일 도핑을 실시하였으며, RF power의 조절을 통하여 Al의 도핑 농도를 조절하였다. 증착된 Al-doped SrTiO3 박막은 XRD, SEM을 이용하여 박막의 기초 물성에 대한 분석을 실시하였고, I-V 측정을 통하여 누설 전류의 감소 및 항복 전압의 증가 등을 관찰하였으며, C-V 측정을 통하여 SrTiO3 박막의 유전 상수 값을 측정하였다. 그 결과 Al을 도핑한 SrTiO3 film의 band gap이 도핑 되지 않은 SrTiO3보다 0.3eV만큼 증가하며, Al 도핑이 Si상의 SrTiO3의 누설 전류를 50%이상 감소시키는 것을 확인 하였다. 또한 10nm두께의 박막에서 50의 k값을 얻을 수 있었다. 이는 기존의 SrTiO3의 문제점을 크게 개선시킨 결과라고 볼 수 있다. 이러한 분석을 통하여 최종적으로 Al-doped SrTiO3 기반 커패시터의 특성 개선 메커니즘 및 최적화 방안을 제시하였다. |
| 저자 | 백지예1, 고민환1, 이상연2, 서형탁3 |
| 소속 | 1아주대, 2아주대 에너지시스템학과, 3아주대 에너지시스템학과&신소재공학과 |
| 키워드 | <P>Cosputtering; SrTiO<SUB>3</SUB>; Al doped SrTiO<SUB>3</SUB>; capacitance</P> |
