지르코늄 산화물 박막에서의 트랩에 의한 누설전류 메커니즘 분석

Abstract

본 연구는 원자층 증착(atomic Layer Deposition)방법으로 성장시킨 지르코늄 산화물(ZrO2)을 게이트 유전막(gate dielectric)으로 사용한 금속-산화물-반도체 축전지 구조의 소자를 제작하고 역 바이어스에서의 트랩(trap)에 의한 누설 전류 메커니즘의 분석에 관한 것이다. 다양한 온도에서 역 바이어스에서의 전류-전압 특성을 분석한 결과, ZrO2 박막 내에서의 누설 전류를 일으키는 두 가지 가능한 발생 메커니즘을 밝혀냈다. ZrO2에 가해지는 전기장의 크기가 작은 영역(0.8 ~ 1.5 MV/cm)에서는 Poole-Frenkel(PF) emission과 trap-assisted tunneling(TAT)에 의해 누설 전류가 발생하였고 큰 전기장 영역(1.5 ~ 5.0 MV/cm)에서는 space charge limited conduction(SCLC)에 의한 누설 전류 특성이 보였다. Poole-Frenkel emission과 trap assisted tunneling에 의한 누설 전류는 온도 의존성을 보임을 관찰했으며 trap barrier height을 산출할 수 있었다. Space charge limited conduction은 전압에 따른 전류 곡선이 Child의 법칙에 의존하는 것으로부터 확인하였다. 이 결과로부터 ZrO2 내에 활성화 에너지가 0.22 eV인 단일 불연속 트래핑 준위(single discrete trapping level)가 존재함을 알 수 있었으며 전하 속박 상태 밀도(density of charge-trapping level)를 구하였다.