하프늄-지르코늄 산화물 강유전체 박막과 인듐-갈륨-아연 산화물을 적용한 강유전체 전계효과 트랜지스터 기반 소자 연구
- 주제(키워드) atomic layer deposition , HZO , IGZO , Fe-FET , Memory Window
- 발행기관 아주대학교 일반대학원
- 지도교수 오일권
- 발행년도 2025
- 학위수여년월 2025. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 지능형반도체공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000034487
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
본 연구는 차세대 메모리 소자인 강유전체 전계효과 트랜지스터(Ferroelectric Field- Effect Transistor, Fe-FET)를 활용하여 Capless DRAM의 구현 가능성을 평가하고, 소 자 성능 최적화와 안정화를 목표로 진행되었다. Capless DRAM은 커패시터 없이 단일 트 랜지스터 구조로 데이터를 저장함으로써, 기존 DRAM의 집적도 한계와 제조 공정의 복잡 성을 해결할 수 있는 대안으로 주목받고 있다. Fe-FET은 강유전체 물질의 자발 분극 (Remnant Polarization)을 기반으로 한 비휘발성 메모리 특성을 제공할 수 있는 소자로, 기 존 DRAM 구조의 집적도 한계와 에너지 소모 문제를 해결할 가능성을 가지고 있다. 본 연 구에서는 하프늄-지르코늄 산화물(HfZrO, HZO)을 강유전체 물질로, 인듐-갈륨-아연 산 화물(IGZO)을 채널 물질로 사용하여 Fe-FET을 제작하였다. 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition, ALD)을 이용해 HZO를 증착하고 물리적 증착법(Sputter)를 이용하여 IGZO의 박막을 증착 하였으며, 두 박막의 열처리와 계면 안정화 기술을 통해 소자의 전기적 성능을 향상시키고자 하였다. 본 연구는 HZO의 결정 구조에서 o-phase가 강유전체 특성을 나타 내는 주된 요인임을 확인하고, IGZO의 비정질 유지와 HZO의 o-phase 결정성 확보를 위 하여 HZO 증착 온도와 열처리 온도에 따른 최적화 조건을 제시하였다. IGZO 채널의 특성 을 안정화하기 위해 추가적인 계면 개선 방법으로 Al2O3 삽입층을 활용하였으며, 이로 인 해 IGZO의 결정화와 HZO와의 계면 결함을 최소화할 수 있었다. 최종적으로 본 연구는 Fe- FET 소자에서 메모리 윈도우의 개선 및 소자 성능 안정화를 확인하였으며, 차세대 메모리 소자로서 Fe-FET의 가능성을 제시하였다. 주제어: Atomic Layer Deposition, Fe-FET, Polarization, HZO, IGZO, Top gate, Memory window
more목차
제 1장. 연구 배경 1
제 1 절 Capless DRAM 구현을 위한 FE-FET 적용의 필요성 1
제 2절 하프늄-지르코늄 박막의 필요성 4
제 3절 인듐-갈륨-아연 산화물의 필요성 6
제 2장. 원자층 증착법을 이용한 하프늄-지르코늄 산화물 증착 연구 8
제 1절 서론 8
제 2절 실험 방법 9
제 3절 결과 및 논의 11
제 4절 결론 14
제 3장. 하프늄-지르코늄 및 인듐-갈륨-아연 산화물의 열처리 조건 안정화와 그에 따른 소자 특성 연구 15
제 1절 서론 15
제 2절 실험 방법 17
제 3절 결과 및 논의 19
제 4절 결론 22
제 4장. 계면층 삽입에 따른 강유전체 전계효과 트랜지스터 연구 23
제 1절 서론 23
제 2절 실험 방법 24
제 3절 결과 및 논의 27
제 4절 결론 31
제 5장. 인듐-갈륨-아연 산화물의 열처리에 따른 강유전체 전계효과 트랜지스터 연구 32
제 1절 서론 32
제 2절 실험 방법 33
제 3절 결과 및 논의 36
제 4절 결론 39
제 6장. 요약 40
참고 문헌 43
