JP7207784B2 - Membrane structures, devices and multilevel devices - Google Patents
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Description
本発明は膜構造体および素子に関し、より具体的には、量子化されたアクティブモノレイヤを含む膜構造体、素子およびマルチレベル素子に関する。 The present invention relates to film structures and devices, and more particularly to film structures, devices and multi-level devices containing quantized active monolayers.
最近ハードウェアやソフトウェア的により高い仕様の性能が要求されている。このため、より速く、容量が大きく、低電力特性を有する電子素子に対する研究が活発に行われている。 Recently, higher specification performance is required in terms of hardware and software. For this reason, active research is being conducted into electronic devices that are faster, have a larger capacity, and have lower power consumption characteristics.
しかし、既存のMOSFETを微細化するとしても微細化には限界がある。それは、微細化そのものによる問題が発生するためである。例えば、集積回路上の素子密度が増加するにつれてて高温が発生することになり、これは素子の信頼性を劣化させる問題を惹き起こすことになる。 However, even if the existing MOSFET is miniaturized, there is a limit to miniaturization. This is because problems arise due to miniaturization itself. For example, as the density of devices on integrated circuits increases, high temperatures will be generated, which will cause problems that degrade device reliability.
したがって、ダウンスケーリング(down scaling)を通じての接近方式は未来に要求される電子素子の特性を達成するのに根本的な限界を有している。 Therefore, the approach through downscaling has a fundamental limitation in achieving characteristics of electronic devices required in the future.
そこで、本発明者らは、未来指向的な素子に適用され得る創意的な膜構造体、素子およびマルチレベル素子を通じて従来技術の問題点を解決しようとする。 Therefore, the inventors seek to solve the problems of the prior art through creative membrane structures, devices and multi-level devices that can be applied in future-oriented devices.
本発明が解決しようとする一技術的課題は、電流の流れが制限(limit)される膜構造体および素子を提供するところにある。 One technical problem to be solved by the present invention is to provide a film structure and device in which current flow is limited.
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、量子化されたアクティブモノレイヤを含む膜構造体および素子を提供するところにある。 Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a film structure and device including a quantized active monolayer.
本発明が解決しようとするさらに他の技術的課題は、1軸または3軸で量子化されたアクティブモノレイヤを含む膜構造体および素子を提供するところにある。 Still another technical problem to be solved by the present invention is to provide a film structure and device including an active monolayer quantized in one or three axes.
本発明が解決しようとするさらに他の技術的課題は、超格子構造を有する膜構造体および素子を提供するところにある。 Still another technical problem to be solved by the present invention is to provide a film structure and device having a superlattice structure.
本発明が解決しようとするさらに他の技術的課題は、量子井戸構造を有する膜構造体および素子を提供するところにある。 Still another technical problem to be solved by the present invention is to provide a film structure and device having a quantum well structure.
本発明が解決しようとするさらに他の技術的課題は、しきい電圧以上で電流/ゲート電圧が所定の傾き以下である膜構造体および素子を提供するところにある。 Still another technical problem to be solved by the present invention is to provide a film structure and a device in which the current/gate voltage is equal to or higher than the threshold voltage and is equal to or lower than a predetermined slope.
本発明が解決しようとするさらに他の技術的課題は、製造が容易な膜構造体および素子を提供するところにある。 Still another technical problem to be solved by the present invention is to provide a film structure and a device that are easy to manufacture.
本発明が解決しようとするさらに他の技術的課題は、マルチレベル素子を提供するところにある。 Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a multi-level device.
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、製造工程が簡単なマルチレベル素子を提供するところにある。 Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a multilevel device with a simple manufacturing process.
本発明が解決しようとすること技術的課題は、超薄膜のマルチレベル素子を提供するところにある。 The technical problem to be solved by the present invention is to provide an ultra-thin multi-level device.
本発明が解決しようとする技術的課題は、前述されたものに制限されない。 The technical problems to be solved by the present invention are not limited to those described above.
本発明の一実施例に係る膜構造体は、少なくとも1軸方向に量子化されたエネルギーレベルを有する少なくとも一層のアクティブモノレイヤ(active monolayer)および前記少なくとも一層のアクティブモノレイヤと交互に積層される少なくとも一層のバリア(barrier)を含むものの、前記アクティブモノレイヤには電流が流れるものの、前記量子化されたエネルギーレベルによって電流の流れが制限され得る。 A film structure according to an embodiment of the present invention is alternately stacked with at least one active monolayer having quantized energy levels in at least one axis and said at least one active monolayer. Although current flows through the active monolayer, although it contains at least one barrier, the quantized energy levels may limit current flow.
一実施例によると、前記アクティブモノレイヤおよび前記バリアは、ハイブリッド超格子構造(hybrid superlattice structure)を有することができる。 According to one embodiment, the active monolayer and the barrier may have a hybrid superlattice structure.
一実施例によると、前記アクティブモノレイヤは2次元層状構造を有することができる。 According to one embodiment, the active monolayer can have a two-dimensional layered structure.
一実施例によると、前記モノレイヤおよび前記バリアの積層は量子井戸構造(quantum well structure)を提供することができる。 According to one embodiment, the monolayer and the barrier stack may provide a quantum well structure.
一実施例によると、前記アクティブモノレイヤが金属単原子またはTMDC(Transitionmetal dichalcogenide)からなる場合、前記アクティブモノレイヤは短軸方向に量子化されたエネルギーレベルを有することができる。 According to one embodiment, when the active monolayer is composed of metal monoatoms or TMDCs (Transitionmetal dichalcogenide), the active monolayer can have quantized energy levels in the minor axis direction.
一実施例によると、前記アクティブモノレイヤが金属酸化物からなる場合、前記アクティブモノレイヤは3軸方向に量子化されたエネルギーレベルを有することができる。 According to one embodiment, when the active monolayer is made of metal oxide, the active monolayer can have three-axis quantized energy levels.
一実施例によると、前記アクティブモノレイヤに印加されるフィールド(field)の強度が増加しても、前記量子化されたエネルギーレベルによって電流の流れが制限され得る。 According to one embodiment, current flow may be limited by the quantized energy level even if the strength of the field applied to the active monolayer increases.
本発明の一実施例に係る膜構造体は、2次元層状構造を有する少なくとも一層のアクティブモノレイヤ(active monolayer)、および前記少なくとも一層のアクティブモノレイヤと交互に積層される少なくとも一層のバリア(barrier)を含むものの、前記アクティブモノレイヤおよび前記バリアはハイブリッド超格子構造(hybrid superlattice structure)を有することができる。 A membrane structure according to an embodiment of the present invention comprises at least one active monolayer having a two-dimensional layered structure and at least one barrier layer alternately stacked with the at least one active monolayer. ), but the active monolayer and the barrier can have a hybrid superlattice structure.
本発明の一実施例に係る膜構造体は、量子井戸構造の少なくとも一層のアクティブモノレイヤ(active monolayer)を含むものの、前記アクティブモノレイヤは少なくとも1軸方向に量子化されたエネルギーレベルを有し、前記量子化されたエネルギーレベルによって前記アクティブモノレイヤを流れる電流の流れが制限され得る。 A film structure according to an embodiment of the present invention comprises at least one active monolayer of a quantum well structure, said active monolayer having quantized energy levels in at least one axial direction. , the quantized energy level may limit the current flow through the active monolayer.
本発明の一実施例に係る素子は、ゲート電極、前記ゲート電極の一側のゲート絶縁膜、前記ゲート絶縁膜の一側に設けられる少なくとも一層のアクティブモノレイヤ(active monolayer)、前記少なくとも一層のアクティブモノレイヤと交互に積層される少なくとも一層のバリア(barrier)、および前記ゲート電極にゲート電圧が印加される場合、前記アクティブモノレイヤを通じて電流が流れるソース電極およびドレイン電極を含むことができる。 A device according to an embodiment of the present invention includes a gate electrode, a gate insulating film on one side of the gate electrode, at least one layer of active monolayer provided on one side of the gate insulating film, and At least one layer of barrier stacked alternately with the active monolayer, and a source electrode and a drain electrode through which current flows through the active monolayer when a gate voltage is applied to the gate electrode.
一実施例によると、前記アクティブモノレイヤは少なくとも1軸方向に量子化されたエネルギーレベル(quantized energy level)を有することができる。 According to one embodiment, the active monolayer can have a quantized energy level in at least one axis.
一実施例によると、前記量子化されたエネルギーレベルは、前記ゲート電圧がターンオン電圧(turn on voltage)以上において、前記アクティブモノレイヤを流れる電流の量を制限することができる。 According to one embodiment, the quantized energy level can limit the amount of current flowing through the active monolayer when the gate voltage is above the turn on voltage.
一実施例によると、前記アクティブモノレイヤを流れる電流の量の制限によって、前記ゲート電極に印加される電圧に対する前記ソースおよびドレイン電極間の電流変化は所定の傾き以下であり得る。 According to one embodiment, the current change between the source and drain electrodes with respect to the voltage applied to the gate electrode may be less than or equal to a predetermined slope due to the limitation of the amount of current flowing through the active monolayer.
一実施例によると、前記アクティブモノレイヤが金属単原子およびTMDCのうち少なくとも一つを含む場合、前記アクティブモノレイヤは短軸方向に量子化されたエネルギーレベルを有することができる。 According to one embodiment, when the active monolayer includes at least one of metal monatoms and TMDC, the active monolayer may have quantized energy levels in the minor axis direction.
前記アクティブモノレイヤが金属酸化物を含む場合、前記アクティブモノレイヤは3軸方向に量子化されたエネルギーレベルを有することができる。 When the active monolayer comprises a metal oxide, the active monolayer can have three axially quantized energy levels.
一実施例によると、前記アクティブモノレイヤは複数の結晶質領域と前記結晶質領域を囲む非晶質領域を含むことができる。 According to one embodiment, the active monolayer may include a plurality of crystalline regions and an amorphous region surrounding the crystalline regions.
一実施例によると、前記アクティブモノレイヤは3軸方向に量子化されたエネルギーレベルを有することができる。 According to one embodiment, the active monolayer may have energy levels quantized in three axial directions.
一実施例によると、前記アクティブモノレイヤと前記ソースおよびドレイン電極の間には前記バリアが積層され得る。 According to one embodiment, the barrier may be deposited between the active monolayer and the source and drain electrodes.
一実施例によると、前記アクティブモノレイヤは前記バリアの間に挟まれた構造を有することができる。 According to one embodiment, the active monolayer can have a structure sandwiched between the barriers.
一実施例によると、前記アクティブモノレイヤは所定の厚さを有し、前記所定の厚さはナノサイズであり得る。 According to one embodiment, the active monolayer has a predetermined thickness, and the predetermined thickness can be nano-sized.
本発明の一実施例に係る素子は、ゲート電極、前記ゲート電極の一側のゲート絶縁膜および前記ゲート絶縁膜の一側に設けられる少なくとも一層のアクティブモノレイヤ(active monolayer)を含むものの、前記ゲート電極に印加されるゲート電圧が増加しても、前記アクティブモノレイヤを流れる電流の増加は制限され得る。 A device according to an embodiment of the present invention includes a gate electrode, a gate insulating film on one side of the gate electrode, and at least one active monolayer provided on one side of the gate insulating film, wherein the Even if the gate voltage applied to the gate electrode increases, the increase in current through the active monolayer can be limited.
本発明の一実施例に係るマルチレベル素子は、ゲート電極、前記ゲート電極の一側に形成され、第1TMDC(Transitionmetal dichalcogenide)を含む第1アクティブ層、前記第1アクティブ層の一側に形成され、第2TMDCを含む第2アクティブ層、前記第2アクティブ層の一側に設けられるソースおよびドレイン電極および前記第1アクティブ層と前記第2アクティブ層を分離するバリア層を含むことができる。 A multi-level device according to an embodiment of the present invention includes a gate electrode, a first active layer formed on one side of the gate electrode, a first TMDC (Transition metal dichalcogenide), and a first active layer formed on one side of the first active layer. , a second active layer including a second TMDC, source and drain electrodes provided on one side of the second active layer, and a barrier layer separating the first active layer and the second active layer.
本発明の一実施例に係るマルチレベル素子は、ゲート電極、前記ゲート電極の一側に形成され、第1金属単原子を含む第1アクティブ層、前記第1アクティブ層の一側に形成され、第2金属単原子を含む第2アクティブ層、前記第2アクティブ層の一側に設けられるソースおよびドレイン電極および前記第1アクティブ層と前記第2アクティブ層を分離するバリア層を含むことができる。 A multi-level device according to an embodiment of the present invention comprises a gate electrode, a first active layer formed on one side of the gate electrode, a first active layer including a first metal monoatom, formed on one side of the first active layer, A second active layer containing a second metal monoatom, source and drain electrodes provided on one side of the second active layer, and a barrier layer separating the first active layer and the second active layer may be included.
一実施例によると、前記ゲート電極に印加されるゲート電圧によって前記第1および前記第2アクティブ層のうち活性化されるアクティブ層の数が制御され得る。 According to one embodiment, the number of activated active layers among the first and second active layers may be controlled by a gate voltage applied to the gate electrode.
一実施例によると、前記第1アクティブ層、前記バリア層、前記第2アクティブ層および前記ソースおよびドレイン電極が順次積層形成され得る。 According to one embodiment, the first active layer, the barrier layer, the second active layer and the source and drain electrodes may be sequentially stacked.
一実施例によると、前記ソース電極および前記ドレイン電極は前記第2アクティブ層とのみ電気的に接触することができる。 According to one embodiment, the source and drain electrodes may be in electrical contact only with the second active layer.
一実施例によると、前記ソース電極および前記ドレイン電極は、前記第1アクティブ層と電気的に非接触することができる。 According to one embodiment, the source electrode and the drain electrode may be electrically non-contact with the first active layer.
一実施例によると、前記ゲート電極に印加される第1ゲート電圧範囲、前記第2ゲート電圧範囲および前記第3ゲート電圧範囲に区分されるものの、前記ゲート電圧の増加順で前記第1、前記第2および前記第3ゲート電圧範囲が提供され得る。 According to one embodiment, the first gate voltage range, the second gate voltage range, and the third gate voltage range applied to the gate electrode are divided into the first gate voltage range, the second gate voltage range, and the third gate voltage range in the increasing order of the gate voltage. A second and said third gate voltage range may be provided.
一実施例によると、前記ゲート電極に前記第1ゲート電圧範囲内のゲート電圧が印加される場合、前記第1アクティブ層のみ活性化され、前記ゲート電極に前記第3ゲート電圧範囲内のゲート電圧が印加される場合、前記第1および前記第2アクティブ層が活性化され得る。 According to one embodiment, when a gate voltage within the first gate voltage range is applied to the gate electrode, only the first active layer is activated, and a gate voltage within the third gate voltage range is applied to the gate electrode. The first and second active layers may be activated when is applied.
一実施例によると、前記第2ゲート電圧範囲内で前記第1アクティブ層は飽和状態(saturation state)であり得る。 According to one embodiment, the first active layer may be in a saturation state within the second gate voltage range.
一実施例によると、前記ゲート電極に前記第1ゲート電圧範囲または前記第2ゲート電圧範囲のゲート電圧が印加された場合、前記第1アクティブ層に流れる電流によって前記ゲート電極で前記第2アクティブ層に加えられるフィールドが遮蔽され得る。 According to one embodiment, when a gate voltage in the first gate voltage range or the second gate voltage range is applied to the gate electrode, current flowing through the first active layer may cause the second active layer to collapse on the gate electrode. can be masked.
一実施例によると、前記第1および前記第2アクティブ層はTMDCモノレイヤ(monolayer)を含むことができる。 According to one embodiment, the first and second active layers may include TMDC monolayers.
本発明の一実施例に係るマルチレベル素子製造方法は、第1TMDCを含む第1アクティブ層を蒸着する段階、前記第1アクティブ層の一側にバリア層を蒸着する段階および前記バリア層の一側に第2TMDCを含む第2アクティブ層を蒸着する段階を含むことができる。 A method for manufacturing a multilevel device according to an embodiment of the present invention comprises depositing a first active layer including a first TMDC, depositing a barrier layer on one side of the first active layer, and depositing a barrier layer on one side of the barrier layer. depositing a second active layer comprising a second TMDC in the .
一実施例によると、前記第1アクティブ層および第2アクティブ層を蒸着する段階のうち少なくとも一つのアクティブ層蒸着段階は、前記TMDCモノレイヤを蒸着する段階を含み、前記TMDCモノレイヤを蒸着する段階は、カルコゲンソースガスをドージングし、パージングする第1カルコゲン蒸着段階、チャンバーの流出口を閉じた状態で、遷移金属前駆体を含む金属前駆体ソースガスを提供することによって、前記チャンバー内の圧力を増加させ、前記遷移金属前駆体を前記基板に吸着させる金属前駆体ソースガス加圧ドージング(dosing)、前記金属前駆体ソースガス加圧ドージング段階後、パージさせる第1メインパーシング(main purging)段階、前記第1メインパーシング段階後、反応ガスを提供する反応ガスドージング段階、前記反応ガスドージング段階後、パージさせる第2メインパーシング段階および前記カルコゲンソースガスをドージングし、パージングする第2カルコゲン蒸着段階を含むことができる。 According to one embodiment, depositing an active layer of at least one of depositing the first active layer and the second active layer includes depositing the TMDC monolayer, wherein depositing the TMDC monolayer comprises: A first chalcogen deposition step of dosing and purging a chalcogen source gas, increasing the pressure in the chamber by providing a metal precursor source gas comprising a transition metal precursor with the outlet of the chamber closed. a metal precursor source gas pressure dosing for adsorbing the transition metal precursor to the substrate; a first main purging step for purging after the metal precursor source gas pressure dosing; After one main purging step, a reactant gas dosing step of providing a reactant gas, a second main purging step of purging after the reactant gas dosing step, and a second chalcogen deposition step of dosing and purging the chalcogen source gas. can.
本発明の一実施例に係るマルチレベル素子製造方法は、第1金属単原子を含む第1アクティブ層を蒸着する段階、前記第1アクティブ層の一側にバリア層を蒸着する段階および前記バリア層の一側に第2金属単原子を含む第2アクティブ層を蒸着する段階を含むことができる。 A method for manufacturing a multi-level device according to an embodiment of the present invention comprises depositing a first active layer including a first metal monoatom, depositing a barrier layer on one side of the first active layer, and depositing the barrier layer. depositing a second active layer comprising a second metal monoatom on one side of the .
一実施例によると、前記第1アクティブ層および第2アクティブ層を蒸着する段階のうち少なくとも一つのアクティブ層蒸着段階は、チャンバーの流出口を閉じた状態で、金属前駆体を含む金属前駆体ソースガスを提供することによって、前記チャンバー内の圧力を増加させ、前記金属前駆体を前記基板に吸着させるソースガス加圧ドージング(dosing)、前記ソースガス加圧ドージング段階後、パージさせる第1メインパーシング(main purging)段階、前記第1メインパーシング段階後、反応ガスを提供する反応ガスドージング段階および前記反応ガスドージング段階後、パージさせる第2メインパーシング段階を含むことができる。 According to one embodiment, at least one active layer depositing step of depositing the first active layer and the second active layer comprises: a metal precursor source containing a metal precursor with an outlet of the chamber closed; source gas pressure dosing for increasing the pressure in the chamber by providing a gas to adsorb the metal precursor onto the substrate; a first main purge for purging after the source gas pressure dosing step; A main purging step, a reaction gas dosing step of providing a reaction gas after the first main purging step, and a second main purging step of purging after the reaction gas dosing step may be included.
本発明の一実施例に係る膜構造体は、少なくとも1軸方向に量子化されたエネルギーレベルを有する少なくとも一層のアクティブモノレイヤ(active monolayer)および前記少なくとも一層のアクティブモノレイヤと交互に積層される少なくとも一層のバリア(barrier)を含むことができる。 A film structure according to an embodiment of the present invention is alternately stacked with at least one active monolayer having quantized energy levels in at least one axis and said at least one active monolayer. At least one layer of barrier may be included.
一実施例によると、前記モノレイヤおよび前記バリアの積層は量子井戸構造(quantum well structure)を提供することができ、アクティブモノレイヤが少なくとも1軸方向に量子化されたエネルギーレベルを有するため、ゲート電圧のスイングにもかかわらず、電流の流れが制限され得る。 According to one embodiment, the stack of said monolayer and said barrier may provide a quantum well structure, wherein the active monolayer has quantized energy levels in at least one axis so that the gate voltage current flow may be limited despite the swing of .
また、前記アクティブモノレイヤは2次元層状構造を有するものの、ハイブリッド超格子構造を有するため安定性が向上し得る。 Also, although the active monolayer has a two-dimensional layered structure, it has a hybrid superlattice structure, which may improve stability.
また、本発明の一実施例に係る膜構造体の製造工程は低温工程で遂行され得るため、優秀な工程安定性を提供することができる。 In addition, since the manufacturing process of the membrane structure according to an embodiment of the present invention can be performed in a low temperature process, excellent process stability can be provided.
また、本発明の一実施例に係る膜構造体の製造工程によって容易にハイブリッド超格子構造が提供され得る。 Also, a hybrid superlattice structure can be easily provided by the manufacturing process of the membrane structure according to an embodiment of the present invention.
本発明の一実施例に係るマルチレベル素子はマルチレベル導電率を提供することができる。 A multi-level device according to one embodiment of the present invention can provide multi-level conductivity.
本発明の一実施例に係るマルチレベル素子は簡易な製造方法を提供することができる。 A multi-level device according to an embodiment of the present invention can provide a simple manufacturing method.
本発明の一実施例に係るマルチレベル素子は容易なアクティブ層の厚さ制御を提供することができる。 A multi-level device according to an embodiment of the present invention can provide easy active layer thickness control.
本発明の一実施例に係るマルチレベル素子は超薄膜性を提供することができる。 A multi-level device according to an embodiment of the present invention can provide ultra-thin properties.
本発明の効果は前述した効果に制限されず、以下の説明によってより明確となり得る。 The effects of the present invention are not limited to the effects described above, and can be made clearer by the following description.
以下、添付された図面を参照して本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。しかし、本発明の技術的思想はここで説明される実施例に限定されず、他の形態で具体化されてもよい。かえって、ここで紹介される実施例は開示された内容が徹底しかつ完全となり得るように、そして、当業者に本発明の思想が十分に伝達され得るようにするために提供されるものである。 Preferred embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technical idea of the present invention is not limited to the embodiments set forth herein, and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments presented are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concepts of the invention to those skilled in the art. .
本明細書で、ある構成要素が他の構成要素の上にあると言及される場合、それは他の構成要素上に直接形成されてもよく、またはそれらの間に第3の構成要素が介在されてもよいことを意味する。また、図面において、膜および領域の厚さは技術的内容の効果的な説明のために誇張されたものである。 When a component is referred to herein as being on top of another component, it may be formed directly on the other component or with a third component interposed therebetween. It means that you may Also, in the drawings, the thickness of films and regions are exaggerated for effective description of technical content.
また、本明細書の多様な実施例で第1、第2、第3等の用語が多様な構成要素を記述するために使われたが、これら構成要素はこのような用語によって限定されてはならない。これら用語は単にある構成要素を他の構成要素と区別させるために使われただけである。したがって、いずれか一つの実施例に第1構成要素として言及されたものが他の実施例では第2構成要素と言及されてもよい。ここに説明され例示される各実施例はその相補的な実施例も含む。また、本明細書で「および/または」は前後に羅列した構成要素のうち少なくとも一つを含む意味で使われた。 Also, although the terms first, second, third, etc. have been used in various embodiments herein to describe various components, these components should not be limited by such terms. not. These terms are only used to distinguish one component from another. Thus, what is referred to as the first component in any one embodiment may be referred to as the second component in another embodiment. Each embodiment described and illustrated herein also includes its complementary embodiments. Also, the term "and/or" is used herein to include at least one of the elements listed before and after.
明細書で単数の表現は、文脈上明白に異なるように意味しない限り複数の表現を含む。また、「含む」または「有する」などの用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、構成要素またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、構成要素またはこれらを組み合わせたものなどの存在または付加の可能性を排除するものと理解されてはならない。また、本明細書で「連結」は複数の構成要素を間接的に連結するもの、および直接的に連結するものをすべて含む意味で使われる。 The singular references herein include the plural unless the context clearly dictates otherwise. Also, terms such as "including" or "having" are intended to indicate the presence of any feature, number, step, component, or combination thereof described in the specification, It should not be understood as excluding the possibility of the presence or addition of one or more other features, figures, steps, components or combinations thereof. In addition, the term "connection" is used herein to include both indirect and direct connection of multiple components.
また、下記で本発明を説明するにおいて、関連した公知の機能または構成に対する具体的な説明が本発明の要旨を不要に曖昧にさせ得る恐れがあると判断される場合には、その詳細な説明は省略する。 In addition, in describing the present invention below, if it is determined that a specific description of related known functions or configurations may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be provided. are omitted.
本発明の一実施例に係る膜は、少なくとも1軸方向に量子化されたエネルギーレベルを有する少なくとも一層のアクティブモノレイヤ(active monolayer)および前記少なくとも一層のアクティブモノレイと交互に積層される少なくとも一層のバリア(barrier)を含むものの、前記アクティブモノレイヤには電流が流れるものの、前記量子化されたエネルギーレベルによって電流の流れが制限され得る。 A film according to an embodiment of the present invention comprises at least one active monolayer having quantized energy levels in at least one axial direction and at least one layer alternating with said at least one active monolayer. Although current flows through the active monolayer, current flow may be limited by the quantized energy levels.
この時、アクティブモノレイヤは少なくとも1軸方向に量子化されたエネルギーレベル(quantized energy level)を有するため、前記アクティブモノレイヤを流れる電流の量が制限され得る。 At this time, since the active monolayer has a quantized energy level in at least one axial direction, the amount of current flowing through the active monolayer can be limited.
もし、前記アクティブモノレイヤが金属単原子およびTMDCのうち少なくとも一つを含む場合、前記アクティブモノレイヤは短軸方向に量子化されたエネルギーレベルを有することができる。これとは異なり、前記アクティブモノレイヤが金属酸化物を含む場合、前記アクティブモノレイヤは3軸方向に量子化されたエネルギーレベルを有することができる。この場合、フィールドスイングにもかかわらず、前記アクティブモノレイヤに流れる電流の強度は一定であり得る。すなわち電流の飽和状態が提供され得る。 If the active monolayer includes at least one of metal monatoms and TMDC, the active monolayer can have quantized energy levels along the short axis. Alternatively, when the active monolayer comprises a metal oxide, the active monolayer can have three axially quantized energy levels. In this case, despite field swings, the intensity of the current flowing through the active monolayer may be constant. That is, current saturation can be provided.
電流の飽和(current saturation)特性は本発明の一実施例に係る特有の効果として理解され得る。以下、具体的な説明のために、図1~図12を参照して金属酸化物をアクティブモノレイヤとして活用する第1実施例を説明することにする。 Current saturation characteristics can be understood as a unique effect according to one embodiment of the present invention. Hereinafter, for a detailed description, a first embodiment utilizing metal oxide as an active monolayer will be described with reference to FIGS. 1 to 12. FIG.
図1~図3は、本発明の第1実施例に係る素子を説明するための図面である。 1 to 3 are drawings for explaining a device according to a first embodiment of the present invention.
図1~図3を参照すると、本発明の第1実施例に係る素子100aは、基板(図示されず)、ゲート電極120、第1バリア130、アクティブモノレイヤ140、第2バリア150、ソース電極160およびドレイン電極162のうち少なくとも一つを含むことができる。アクティブモノレイヤとバリアのうち少なくとも一つを含んで膜構造体と呼称され得る。以下、各構成について説明することにする。
Referring to FIGS. 1-3, a device 100a according to a first embodiment of the present invention includes a substrate (not shown), a
前記基板はその種類に制限がなく、例えば、シリコン基板、ガラス基板、フレキシブル基板のうち少なくとも一からなり得る。 The substrate is not limited in kind, and may be made of at least one of a silicon substrate, a glass substrate, and a flexible substrate, for example.
前記ゲート電極120はゲート電圧が印加される構成であって、導電性を有する物質例えば、金属物質からなり得る。
The
前記ゲート絶縁膜125は誘電層の機能を遂行する構成であって、絶縁物質例えば、シリコン系絶縁物質、金属酸化物系絶縁物質のうち少なくとも一つの物質からなり得る。前記ゲート絶縁膜125の厚さは印加されるゲート電圧の動作範囲に相応するように決定され得る。例えば、ゲート電圧の動作範囲が低い場合、絶縁膜130の厚さは、ゲート電圧の動作範囲が高い場合に比べて薄くてもよい。
The
前記第1および前記第2バリア130、150のうち少なくとも一つのバリアは、有機物、無機物、有機-無機複合物のうち少なくとも一つを含んでなり得る。前記バリアが有機物である場合、前記バリアは4MP(4-mercaptophenol)およびZn4MP(Zinc 4-mercaptophenol)のうち少なくとも一つを含むことができ、前記バリアが有機-無機複合物である場合、前記バリアはAlリンカーを有する4MPすなわちAl4MPを含むことができる。
At least one of the first and
以下では説明の便宜のために、前記第1および前記第2バリア130、150がZn4MPであるものを想定することにする。
In the following, for convenience of explanation, it is assumed that the first and
前記バリアは前記アクティブモノレイヤを保護することができる。例えば、前記アクティブモノレイヤ140の形成後、他の層が形成される時、前記第2バリア150は前記アクティブモノレイヤ140が意図せずにドーピングされたり、他層の蒸着による前駆体が前記アクティブモノレイヤ140に浸透することを最小化することができる。
The barrier can protect the active monolayer. For example, when other layers are formed after the
前記アクティブモノレイヤ140は金属酸化物例えば、ZnOを含むことができる。また、一実施例によると、前記アクティブモノレイヤ140は2次元層状構造を有することができる。この時、アクティブモノレイヤ140の2次元層状構造は所定の積層を通じて超格子構造をなすことができる。
The
一実施例によると、前記アクティブモノレイヤ140の厚さはFET(Field Effect Transistor)特性が示される範囲内であり得る。例えば、前記アクティブモノレイヤ140がジンクオキサイドを含む場合、1.5nm以上の厚さを有することができる。もし、ジンクオキサイドの厚さが1.5nmより小さいと、ジンクオキサイドがFET特性をなくす可能性がある。また、前記アクティブモノレイヤの厚さは20nm以下であり得る。もし、アクティブモノレイヤの厚さが20nmより厚い場合、動作電圧の増加により消費電力の面で不利となり得る。またゲート絶縁膜125が大きいゲート電圧に耐えるためにより厚くならなければならないところ、素子の小型化の趨勢にも符合しなくなる。
According to one embodiment, the thickness of the
引き続き図1を参照すると、少なくとも一層のアクティブモノレイヤと少なくとも一層のバリアは交互に積層され得る。この時、アクティブモノレイヤの少なくとも一面にバリアが設けられ得る。もし、アクティブモノレイヤの一面と他面の両方にバリアが設けられる場合、アクティブモノレイヤは前記第1および第2バリアに挟まれた構造を有し得る。他の観点から、前記アクティブモノレイヤ140の少なくとも一面はバリアと直接接触することができる。すなわち、前記アクティブモノレイヤ140の一面は第1バリア130と面接触し、他面は第2バリア150と面接触することができる。以下では、説明の便宜のためにアクティブモノレイヤ140の両面に第1バリア130および第2バリア150がそれぞれ位置するものを想定することにする。
With continued reference to FIG. 1, at least one active monolayer and at least one barrier layer may be alternately stacked. A barrier may then be provided on at least one side of the active monolayer. If barriers are provided on both one side and the other side of the active monolayer, the active monolayer may have a structure sandwiched between said first and second barriers. From another point of view, at least one surface of the
一例によると、第1バリア130、アクティブモノレイヤ140、第2バリア150それぞれは数nmの厚さを有することができる。
According to an example, each of the
一実施例によると、前記アクティブモノレイヤと前記アクティブモノレイヤに隣接するバリアはハイブリッド超格子構造(hybrid superlattice structure)をなすことができる。超格子構造によって安定性が向上し得る。 According to one embodiment, the active monolayer and barriers adjacent to the active monolayer may form a hybrid superlattice structure. A superlattice structure may improve stability.
また、一実施例によると、前記バリアは、前記アクティブモノレイヤと隣接界面を形成することによって、前記アクティブモノレイヤはバリアを通じて量子井戸(quantum well)構造を有することができる。 Also, according to one embodiment, the active monolayer may have a quantum well structure through the barrier by forming an adjacent interface with the active monolayer.
一例によると、前記アクティブモノレイヤ140は、図2および図3に図示された通り、非晶質領域(Amorphous Region;AM_R)および前記非晶質領域AM_Rによって囲まれる複数の結晶質領域NC_Rを含む層(layer)で形成され得る。すなわち、前記アクティブモノレイヤ内には、非晶質領域AM_Rと結晶質領域NC_Rが混在し得る。
According to one example, the
この時、前記結晶質領域NC_Rそれぞれはナノサイズで形成されて量子閉じ込め効果(quantum confinement effect)を有することができる。具体的には、前記結晶質領域NC_Rは数nmの大きさ例えば、約3nmの大きさを有することができ、結晶質領域間の平均距離は約2.5nmであり得る。換言すると、結晶質領域NC_Rは互いに平均約2.5nmの距離をおいて離隔し、結晶質領域NC_Rは非晶質領域AM_Rに囲まれて孤立したアイランド状(island shape)を有することができる。また、前記結晶質領域NC_Rは前記非晶質領域AM_R内で2次元内で任意的に分布することができる。これに伴い、前記結晶質領域NC_Rは3軸方向に量子閉じ込め効果を提供することができる。すなわち、前記結晶質領域NC_Rは厚さ方向だけでなく、面方向にも量子閉じ込め効果を提供することができる。 At this time, each of the crystalline regions NC_R may be formed in a nano-size to have a quantum confinement effect. Specifically, the crystalline regions NC_R may have a size of several nm, for example, about 3 nm, and the average distance between the crystalline regions may be about 2.5 nm. In other words, the crystalline regions NC_R may be separated from each other by an average distance of about 2.5 nm, and the crystalline regions NC_R may have an isolated island shape surrounded by the amorphous regions AM_R. Also, the crystalline region NC_R may be randomly distributed in two dimensions within the amorphous region AM_R. Accordingly, the crystalline regions NC_R can provide a quantum confinement effect in three axial directions. That is, the crystalline region NC_R can provide a quantum confinement effect not only in the thickness direction but also in the planar direction.
前記アクティブモノレイヤの3軸量子化によって電流の飽和領域(図12のVs領域)が生成され得るところ。具体的な説明のために図4および図5を参照することにする。 Where the current saturation region (Vs region in FIG. 12) can be generated by triaxial quantization of the active monolayer. Reference will be made to FIGS. 4 and 5 for a specific description.
図4および図5は、本発明の第1実施例に係るアクティブモノレイヤを詳細に説明するための図面である。 4 and 5 are diagrams for explaining in detail the active monolayer according to the first embodiment of the present invention.
図4を参照すると、前記アクティブモノレイヤ140の非晶質領域AM_Rは多くの偏在状態(localized state)を有することができる。これとは異なり、前記アクティブモノレイヤ140の結晶質領域NC_Rは、前記非晶質領域AM_Rによる偏在状態より少ない、少数の離隔化された偏在状態(discrete localized state)を有することができる。この場合、前記非晶質領域AM_Rが有する偏在したエネルギー状態のうちの特定エネルギー状態AM_Eと、前記結晶質領域NC_Rが有する偏在したエネルギー状態のうちの特定エネルギー状態NC_Eが互いに共鳴エネルギーマッチング(resonant energy matching)をなすことができる。
Referring to FIG. 4, the amorphous region AM_R of the
前記共鳴エネルギーマッチングによるハイブリッド化(hybridization)は、量子化された導電性状態(quantized conduction state)を提供することができる。前記量子化された導電性状態は導電性状態を提供するものの、制限された電流移動を提供することができる。前記量子化された導電性状態について図5を参照してより詳細に説明することにする。 Hybridization by resonance energy matching can provide a quantized conduction state. The quantized conductivity state provides a conductive state, but can provide limited current transfer. The quantized conductivity states will be described in more detail with reference to FIG.
図5は、本発明の一実施例に係るdensity of state(DOS)を図示する。因みに、DOSシミュレーション結果はVASP(Vienna ab initio simulation)というプログラムを使うものの、製造されたアクティブモノレイヤをPBE(Perdew-Burke-Ernzerhof) exchange-correlation functionalとPAW(projector-augmented wave) pseudopotentials方法で計算することによって、得ることができる。 FIG. 5 illustrates the density of state (DOS) according to one embodiment of the invention. By the way, although the DOS simulation results use a program called VASP (Vienna ab initio simulation), the manufactured active monolayer is calculated by PBE (Perdew-Burke-Ernzerhof) exchange-correlation functional and PAW (projector-augmented waveform method) pseudo-pseudo can be obtained by doing
図5のDOSは、電子エネルギーの増加による電子状態個数の変化を示す。図5に図示された通り、本発明の一実施例に係るアクティブモノレイヤ140は価電子帯(valence band)と伝導帯(conduction band)を有することができる。
DOS in FIG. 5 shows the change in the number of electronic states due to the increase in electron energy. As illustrated in FIG. 5, the
前記価電子帯はモビリティエッジ(mobility edge)によって非偏在状態である拡張された状態(extended state)と偏在状態に区分され得る。また、伝導帯もモビリティエッジによって拡張された状態と偏在状態に区分され得る。 The valence band can be divided into an extended state and a maldistributed state according to a mobility edge. Also, the conduction band can be divided into an extended state and a maldistributed state by the mobility edge.
図5に図示された通り、本発明の一実施例に係るアクティブモノレイヤ140は、伝導帯(conduction band)内のローレベル電子エネルギー範囲(約2.8eV~2.9eV)で第1電子状態個数を提供し、前記伝導帯内の、前記ローレベル電子エネルギー範囲より高いハイレベル電子エネルギー範囲(約3.2eV以上)で第2電子状態個数を提供することができる。
As illustrated in FIG. 5, the
この時、前記ローレベル電子エネルギー範囲での第1電子状態個数曲線と、前記ハイレベル電子エネルギー範囲での第2電子状態個数曲線は互いに不連続的であり得る。換言すると、前記ローレベル電子エネルギー範囲(約2.9eV)の最大電子エネルギー値は、前記ハイレベル電子エネルギー範囲の最小電子エネルギー値(約3.2eV)より小さくてもよい。ここで、前記ローレベル電子エネルギー範囲内で前記第1電子状態個数の最大値は、前記ハイレベル電子エネルギー範囲内で前記第2電子状態個数の最小値より小さくてもよい。 At this time, the first electronic state number curve in the low-level electron energy range and the second electronic state number curve in the high-level electron energy range may be discontinuous. In other words, the maximum electron energy value of the low-level electron energy range (about 2.9 eV) may be less than the minimum electron energy value of the high-level electron energy range (about 3.2 eV). Here, the maximum number of the first electronic states within the low-level electron energy range may be smaller than the minimum number of the second electronic states within the high-level electron energy range.
一実施例によると、前記ローレベル電子エネルギー範囲と前記ハイレベル電子エネルギー範囲は、伝導帯内のモビリティエッジより高い電子エネルギーで提供され得る(i.e. mobility edge quantization)。これはアクティブモノレイヤ140の非晶質領域AM_Rが有する偏在状態のエネルギーレベルと、結晶質領域が有する偏在状態のエネルギーレベルがマッチングされるものの、モビリティエッジ以上でマッチングされることを意味し得る。これに伴い、前記アクティブモノレイヤ140は前記ローレベル電子エネルギー範囲および前記ハイレベル電子エネルギー範囲は導電性状態を提供することができる。この時、モビリティエッジの上で第1電子状態個数を有するローレベル電子エネルギー範囲での伝導状態を量子化された拡張された状態(quantized extended state)と定義することができる。
According to one embodiment, the low-level electron energy range and the high-level electron energy range may be provided at electron energies higher than the mobility edge in the conduction band (ie mobility edge quantization). This may mean that the energy level of the maldistributed state of the amorphous region AM_R of the
また、前記ローレベル電子エネルギー範囲と前記ハイレベル電子エネルギー範囲の間で偏在状態(すなわち、電子状態個数は0個)を提供することができる。これはアクティブモノレイヤの結晶質領域NC_Rが前記ローレベル電子エネルギー範囲と前記ハイレベル電子エネルギー範囲の間でエネルギー状態を有さないことを意味し得る。これに伴い、前記ローレベル電子エネルギー範囲と前記ハイレベル電子エネルギー範囲の間で結晶質領域NC_Rと非晶質領域AM_R間に共鳴エネルギーがマッチングされなくなる。 Also, it is possible to provide an unevenly distributed state (that is, the number of electronic states is 0) between the low-level electronic energy range and the high-level electronic energy range. This may mean that the crystalline region NC_R of the active monolayer has no energy states between said low-level electron energy range and said high-level electron energy range. Accordingly, resonance energies are not matched between the crystalline region NC_R and the amorphous region AM_R between the low-level electron energy range and the high-level electron energy range.
一実施例によると、前記ローレベル電子エネルギー範囲は前述した通り、前記アクティブモノレイヤ140の結晶質領域NC_Rと非晶質領域AM_Rの共鳴エネルギーマッチングによって提供され得る。この時、前記結晶質領域NC_Rが3軸方向に量子閉じ込め効果を有するため、前記ローレベル電子エネルギー範囲と第1電子状態個数によって定義される曲線は非常に制限された面積を有することができる。これは非常に制限されたキャリアが存在し得ることを意味し得る。
According to one embodiment, the low-level electron energy range can be provided by resonance energy matching of crystalline regions NC_R and amorphous regions AM_R of the
すなわち、前記アクティブモノレイヤ140がローレベルエネルギー状態で制限された電子状態個数を有するため、電流の飽和状態(図12のVs領域)が提供され得る。
That is, since the
再び図1を参照すると、前記ソースおよび前記ドレイン電極160、162は最上端のバリアと接触することができる。他の観点から、前記ソースおよび前記ドレイン電極160、162は最上端の第2バリア150とは接触し、第1バリア130とアクティブモノレイヤ140とは非接触することができる。
Referring again to FIG. 1, the source and drain
以上、本発明の第1実施例に係る素子を構造的観点で説明した。以下、図6~図9を参照して、本発明の第1実施例に係る素子の製造方法を説明することにする。 The device according to the first embodiment of the present invention has been described above from the structural point of view. A method for manufacturing a device according to the first embodiment of the present invention will now be described with reference to FIGS. 6 to 9. FIG.
図6~図9は、本発明の第1実施例に係る素子の製造方法を説明するための図面である。 6 to 9 are drawings for explaining the method of manufacturing the device according to the first embodiment of the present invention.
図9を参照すると、本発明の第1実施例に係る素子の製造方法は、基板、ゲート電極、ゲート絶縁膜を準備する段階(S110)、第1バリアを形成する段階(S120)、アクティブモノレイヤ形成段階(S130)、第2バリアを形成する段階(S140)およびソースおよびドレイン電極形成段階(S150)のうち少なくとも一つの段階を含むことができる。以下、各段階について説明することにする。 Referring to FIG. 9, the device manufacturing method according to the first embodiment of the present invention includes steps of preparing a substrate, a gate electrode and a gate insulating layer (S110), forming a first barrier (S120), forming an active mono At least one step of forming a layer (S130), forming a second barrier (S140), and forming source and drain electrodes (S150) may be included. Each stage will be described below.
(段階S110)
段階S110は事前準備段階であって、基板を準備する段階、基板上にゲート電極を形成する段階、前記ゲート電極上にゲート絶縁膜を形成する段階を含んでなり得る。
(Step S110)
Step S110 is a preparatory step, and may include preparing a substrate, forming a gate electrode on the substrate, and forming a gate insulating layer on the gate electrode.
(段階S120)
前記ゲート絶縁膜上に第1バリアが形成され得る。前記第1バリアは分子層成長法(MLD)を通じて製造され得る。例えば、前記分子層成長法を通じてZn4MPを蒸着する場合、分子層成長法は、DEZ前駆体提供段階、パージ段階、4MP前駆体提供段階、パージ段階を含んでなり得る。これにより、第1バリア130が蒸着され得る。
(Step S120)
A first barrier may be formed on the gate insulating layer. The first barrier may be manufactured through molecular layer deposition (MLD). For example, when depositing Zn4MP through the molecular layer deposition method, the molecular layer deposition method may include a DEZ precursor providing step, a purge step, a 4MP precursor providing step, and a purge step. Thereby, the
(段階S130)
段階S130でアクティブモノレイヤ140が蒸着され得る。段階S130を具体的に説明するために図7を参照することにする。
(Step S130)
An
図7は、本発明の一実施例に係る段階S130を詳細に説明するためのフローチャートである。 FIG. 7 is a flowchart illustrating in detail step S130 according to one embodiment of the present invention.
図7を参照すると、本発明の一実施例に係るアクティブモノレイヤ製造方法は、ソースガス加圧ドージング段階(S210)、第1メインパーシング段階(S220)、反応ガスドージング段階(S230)および第2メインパーシング段階(S240)のうち少なくとも一つの段階を含んでなり得る。以下、各段階について説明することにする。 Referring to FIG. 7, a method for manufacturing an active monolayer according to an embodiment of the present invention includes a source gas pressure dosing step (S210), a first main persing step (S220), a reaction gas dosing step (S230), and a second gas dosing step (S230). At least one step of the main parsing step (S240) may be included. Each stage will be described below.
(段階S210)
ソースガス加圧ドージング段階(S210)のために、ソースガスが準備され得る。ソースガスは蒸着しようとする膜の種類によって多様に準備され得る。例えば、蒸着しようとする膜が金属酸化物である場合、それに対応する金属前駆体ソースガスが準備され得る。例えば、蒸着しようとする膜がジンクオキサイド(ZnO)の場合、ソースガスはDEZ(diethyl zinc)を含むことができる。
(Step S210)
A source gas may be prepared for the source gas pressurized dosing step (S210). The source gas may be variously prepared according to the type of film to be deposited. For example, if the film to be deposited is a metal oxide, a corresponding metal precursor source gas can be prepared. For example, if the film to be deposited is zinc oxide (ZnO), the source gas may include DEZ (diethyl zinc).
前記ソースガスは前記チャンバーの流出口を閉じた状態で提供され得る。これに伴い、ソースガスがチャンバー内に流入するにつれてチャンバー内の圧力は上昇し得る。換言すると、ソースガスの供給によってチャンバー内の圧力が上昇するため、ソースガスが加圧雰囲気で基板が吸着され得る。また、上昇したチャンバーの圧力は所定時間維持され得る。これに伴い、基板吸着効率が向上し得る。 The source gas may be provided with the outlet of the chamber closed. Accordingly, the pressure within the chamber may increase as the source gas flows into the chamber. In other words, the supply of the source gas increases the pressure in the chamber, so that the substrate can be adsorbed in a pressurized atmosphere of the source gas. Also, the increased chamber pressure may be maintained for a predetermined period of time. Accompanying this, substrate adsorption efficiency can be improved.
この時、段階S210は0.03Torr超過、好ましくは0.1Torr、ひいては0.3Torr以上であり得る。また、段階S210で工程温度は80度~250度であり得る。一例として工程温度は100度~150度であり得る。 At this time, step S210 may exceed 0.03 Torr, preferably 0.1 Torr, or even 0.3 Torr or more. Also, the process temperature in step S210 may range from 80 degrees to 250 degrees. As an example, the process temperature can be 100-150 degrees.
(段階S220)
第1メインパージングする段階(S220)で不活性ガスが利用され得、不活性ガスは例えば、アルゴン(Ar)、または窒素(N2)ガスからなり得る。パージングする段階によって、基板の表面に吸着できなかった過剰のソースガスが除去され得る。
(Step S220)
An inert gas may be used in the first main purging step (S220), and the inert gas may be, for example, argon (Ar) or nitrogen (N2) gas. The purging step may remove excess source gas that has not been adsorbed onto the surface of the substrate.
(段階S230)
反応ガスドージング段階(S230)で、反応ガスはソースガスと反応して蒸着しようとする膜に還元され得る。例えば、ソースガスがDEZを含む場合、反応ガスはH2Oからなり得る。
(Step S230)
In the reactive gas dosing step (S230), the reactive gas may react with the source gas to reduce the film to be deposited. For example, if the source gas includes DEZ, the reactant gas can consist of H2O.
(段階S240)
反応ガスドージング段階後、第2メインパージングする段階(S240)がさらに遂行され得る。これにより、基板の表面に吸着できなかった過剰のガスが除去され得る。
(Step S240)
After the reaction gas dosing step, a second main purging step (S240) may be further performed. Excess gas that could not be adsorbed on the surface of the substrate can thereby be removed.
以上、本発明の一実施例に係る段階S210~段階S240を説明した。以下、段階S210の加圧ドージングについて詳細に説明することにする。 The steps S210 to S240 according to one embodiment of the present invention have been described above. The pressure dosing of step S210 will be described in detail below.
(段階S210の加圧ドージング)
段階S210のソースガス加圧ドージング段階は加圧雰囲気で遂行され得る。換言すると、ソースガス加圧ドージング段階は高圧の雰囲気で遂行され得、これは加圧段階と略称され得る。
(Pressure dosing in step S210)
The source gas pressurized dosing step of step S210 may be performed in a pressurized atmosphere. In other words, the source gas pressurized dosing stage may be performed in a high pressure atmosphere, which may be abbreviated as the pressurization stage.
説明の便宜のために、段階S210のソースガス加圧ドージング段階について詳術するが、段階S230の反応ガスをドージングする段階でも加圧ドージングが遂行されることは言うまでもない。 For convenience of explanation, the source gas pressure dosing step of step S210 will be described in detail, but it goes without saying that the step of dosing the reaction gas of step S230 is also performed.
一実施例に係る加圧ドージング段階は、基板が設けられたチャンバー内を密閉させた状態で遂行され得る。例えば、チャンバーの流出バルブを閉じた状態で、金属前駆体ソースガスをチャンバー内に供給する(サブ加圧ドージング段階)ことにより、チャンバー内を高圧に誘導し、誘導された高圧を維持(サブ露出段階)することができる。高圧を所定時間維持することによって、高圧の雰囲気で金属前駆体ソースガスが対象面に吸着するように誘導され得る。 The pressure dosing step according to one embodiment may be performed in a closed chamber in which the substrate is provided. For example, with the outflow valve of the chamber closed, the metal precursor source gas is supplied into the chamber (sub-pressure dosing stage) to induce a high pressure in the chamber and maintain the induced high pressure (sub-exposure dosing stage). stage) can be done. By maintaining the high pressure for a predetermined period of time, the high pressure atmosphere can induce the metal precursor source gas to adsorb onto the target surface.
すなわち、加圧ドージング段階は、サブ加圧ドージング段階、サブ露出段階およびサブパーシング段階のうち少なくとも一つの段階を含むことができる。前記サブ加圧ドージング段階は、チャンバーの流出口を閉じた状態でソースガスを提供し、チャンバー内の所定圧力に達するようにする段階と理解され得る。前記サブ露出段階は、サブ加圧ドージング段階によって提供された所定圧力を維持する段階である。このために、チャンバーの流入口および流出口がすべて閉じられ得る。すなわち、チャンバーは密閉され得る。前記サブパーシング段階は、前記サブ露出段階後に遂行されて過剰に供給されたソースガスを除去することができる。 That is, the pressure dosing step may include at least one of a sub-pressure dosing step, a sub-exposure step, and a sub-percing step. The sub-pressure dosing step can be understood as a step of providing a source gas with the outlet of the chamber closed to reach a predetermined pressure in the chamber. The sub-exposure step is a step of maintaining a predetermined pressure provided by the sub-pressure dosing step. For this, all inlets and outlets of the chamber can be closed. That is, the chamber can be sealed. The sub-parsing step may be performed after the sub-exposure step to remove the excessively supplied source gas.
この時、サブ露出段階の圧力は図8に図示された通り、サブ露出段階の回数が増加しても一定に維持され得、これとは異なって図9に図示されたように増加し得る。因みに図17のY軸は圧力を図示し、X軸は工程段階を図示する。 At this time, the pressure of the sub-exposure step may be maintained constant as shown in FIG. 8 even if the number of sub-exposure steps increases, or may be increased as shown in FIG. Incidentally, the Y-axis of FIG. 17 illustrates pressure and the X-axis illustrates process steps.
一実施例によると、段階S210の工程温度は80度~250度の間であり得る。より具体的には、工程温度は100度~150度の間であり得る。 According to one embodiment, the process temperature of step S210 may be between 80 degrees and 250 degrees. More specifically, the process temperature can be between 100 degrees and 150 degrees.
また、段階S210の各サブ段階は互いに同一温度で遂行され得、特に低温で遂行され得る。本明細書で意味する低温とは250度以下を意味し得る。 Also, each sub-step of step S210 may be performed at the same temperature, especially at a low temperature. Low temperature as meant herein can mean 250 degrees or less.
前述した段階S210~段階S240によってアクティブモノレイヤ140が蒸着され得る。この時、段階S210~段階S240の繰り返し回数によって蒸着される膜の厚さが制御され得る。例えば、蒸着される膜がジンクオキサイドである場合、膜の厚さは1.5nmを超過するように段階S210~段階S240が繰り返され得る。また、蒸着される膜がジンクオキサイドである場合、膜の厚さが20nm以下となるように段階S210~段階S240が繰り返され得る。
The
段階S210~段階S240によって製造されたアクティブモノレイヤは、前記図5に図示された通り、DOSシミュレーション結果を提供することができる。すなわち、量子化された導電性状態、より具体的にはモビリティエッジより高いエネルギーで、量子化された導電性状態を提供することができる。DOSシミュレーション結果は前述した通り、VASP(Vienna ab initio simulation)というプログラムを使うものの、製造されたアクティブモノレイヤをPBE(Perdew-Burke-Ernzerhof) exchange-correlation functionalとPAW(projector-augmented wave) pseudopotentials方法で計算することによって、得ることができる。 The active monolayer fabricated through steps S210-S240 can provide DOS simulation results, as illustrated in FIG. That is, it is possible to provide a quantized conductivity state, more specifically a quantized conductivity state at a higher energy than the mobility edge. As described above, the DOS simulation results use a program called VASP (Vienna ab initio simulation), but the manufactured active monolayer is combined with PBE (Perdew-Burke-Ernzerhof) exchange-correlation functional and PAW (projector-augmented waveform) pseudo-pseudomethod. can be obtained by calculating
(段階S140)
再び図6を参照すると、アクティブモノレイヤ140上に第2バリア150が蒸着され得る。段階S140は前述した段階S120に対応するため、具体的な説明を省略することにする。
(Step S140)
Referring again to FIG. 6, a
(段階S150)
前記第2バリア150上にはソース電極およびドレイン電極160、162が蒸着され得る。すなわち、前記ソース電極およびドレイン電極160、162は第2バリア150と接触することができる。他の観点から、前記ソース電極およびドレイン電極160、162は第1バリア130およびアクティブモノレイヤ140と非接触することができる。
(Step S150)
Source and
以上、説明した段階S110~段階S150によって本発明の第1実施例に係る素子が製造され得る。 The device according to the first embodiment of the present invention can be manufactured through steps S110 to S150 described above.
以上、図6~図9を参照して本発明の第1実施例に係る素子の製造方法を説明した。本発明の実施例に係る素子の製造方法は、工程が全体的に低温で遂行されるという点およびハイブリッド超格子構造を容易に製造できるという点で利点がある。 The method of manufacturing the device according to the first embodiment of the present invention has been described above with reference to FIGS. The method of fabricating the device according to the embodiment of the present invention is advantageous in that the process is generally performed at low temperature and in that the hybrid superlattice structure can be easily fabricated.
以下、図10~図12を参照して本発明の第1実施例に係る素子の動作特性を説明することにする。 Hereinafter, operation characteristics of the device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 10 to 12. FIG.
図10~図12は、本発明の第1実施例に係る素子の動作特性を説明するための図面である。 10 to 12 are diagrams for explaining the operating characteristics of the device according to the first embodiment of the present invention.
まず、本発明の第1実施例に係る素子の動作特性を詳察するために、本発明の第1実施例に係る素子を製作した。 First, a device according to the first embodiment of the present invention was manufactured in order to examine the operating characteristics of the device according to the first embodiment of the present invention.
前述した製造方法の段階S120を通じて第1バリア130としてZn4MPを蒸着した。より具体的には、DEZを30mTorr圧力で2秒間提供し、20秒間パージした。その後、4MPを20秒間10mTorr圧力で提供し、200秒間パージした。工程温度は120度にした。段階S120の各段階を25サイクル繰り返し遂行して10nm厚さの第1バリア130を蒸着した。
Zn4MP was deposited as the
段階S120を通じて第1バリア130を蒸着した後に、図10に図示された工程によって段階S130を遂行した。図10を参照すると、ソースガスとしてDEZを準備し、反応ガスとしてH2Oを準備した。段階S210によってDEZをサブ加圧ドージング段階を通じて提供した。すなわち第1サブ加圧ドージング段階では、チャンバーの流出口を閉じた状態でDEZを供給してチャンバー内が1Torrで加圧された雰囲気で3秒間維持し、15秒パージした。その後、第2サブ加圧ドージング段階では、チャンバーの流出口を閉じた状態でDEZを供給してチャンバー内が1Torrで加圧された雰囲気で3秒間維持し、再び15秒間パージした。引き続き第3サブ加圧ドージング段階では、チャンバーの流出口を閉じた状態でDEZを供給してチャンバー内の圧力が1Torrに達するようにし、3秒間維持した。その後、15秒間パージし第4サブ加圧ドージング段階を遂行した。第4サブ加圧ドージング段階でのチャンバー内の圧力は1Torrにした。これにより、段階S210を遂行した。段階S210に続き段階S220と段階S230を遂行した。段階S230は段階S210と対応するため、具体的な説明を省略することにする。段階S230後に段階S240を通じてパージした。このような段階を1サイクルと定義し、15サイクルを進行した。これにより、3nm厚さのアクティブモノレイヤ140を蒸着することができた。アクティブモノレイヤ140の蒸着工程も110度~120度にした。
After depositing the
その後、再び段階S130によって第2バリア150を蒸着し、段階S140によってソースおよびドレイン電極160、162を蒸着した。
Then, the
これにより、本発明の第1実施例に係る素子を製造した。 Thus, a device according to the first example of the present invention was manufactured.
図11を参照すると、本発明の第1実施例に係る素子は第1および第2バリア130、150、そして、アクティブモノレイヤ140が量子井戸構造を有することができる。この時、アクティブモノレイヤ140は3軸方向に量子閉じ込め効果を有するため電流の移動が制限され得る。
Referring to FIG. 11, in the device according to the first embodiment of the present invention, the first and
図12を参照すると、本発明の第1実施例によって製造された素子100aは約1V付近でターンオン電圧を有する。すなわちゲート電極120に1V以上の電圧が印加されることによって、ソースおよびドレイン電極160、162の間には電流が流れることになる。この時、ゲート電極120に印加されるゲート電圧が増加するにつれて、ソースおよびドレイン電極160、162間に流れる電流は増加する。しかし、ゲート電圧が2V以上に大きくなると、ゲート電圧の増加にもかかわらず、ソースおよびドレイン電極160、162の間の電流が一定な電流の飽和領域(Vs)が現れることになる。電流が一定な電流の飽和領域はリニアスケールおよびログスケールにおいても明確に観察された。すなわちゲート電圧のスイングにもかかわらず、ソースおよびドレイン電極間の電流が飽和されたのである。これは図4および図5を参照して説明した通り、アクティブモノレイヤ140が3軸方向に量子閉じ込め効果を有するためであると解釈される。他の観点から、前記アクティブモノレイヤ140がDOS上で、ローレベル電子エネルギー範囲で非常に制限されたキャリアが存在し得るためであると解釈される。
Referring to FIG. 12, the device 100a manufactured according to the first embodiment of the present invention has a turn-on voltage around 1V. That is, a current flows between the source and drain
以上、図1~図12を参照して本発明の第1実施例に係る素子について説明した。 The device according to the first embodiment of the present invention has been described above with reference to FIGS. 1 to 12. FIG.
本発明の第1実施例を説明するにおいて、アクティブモノレイヤ140がZnO、すなわち金属酸化物を含むものを想定した。しかし、アクティブモノレイヤ140が複数の結晶質領域と結晶質領域を囲む非晶質領域を有する物質からなり得ることは言うまでもなく、DOS上でモビリティエッジ上に制限された(不連続的な)ローレベル電子エネルギー領域を有する物質からなり得ることは言うまでもない。
In describing the first embodiment of the present invention, it was assumed that
以下、図13~図17を参照して本発明の第2実施例に係る素子について説明することにする。本発明の第2実施例は本発明の第1実施例とは異なり、アクティブモノレイヤが金属単原子を含む点で異なる。以下、異なる点を中心に本発明の第2実施例について説明し、第1実施例と共通の部分については説明を省略することにする。 A device according to a second embodiment of the present invention will now be described with reference to FIGS. 13 to 17. FIG. The second embodiment of the present invention differs from the first embodiment of the present invention in that the active monolayer contains metal monoatoms. The second embodiment of the present invention will be described below with a focus on the points of difference, and the description of the parts common to the first embodiment will be omitted.
図13および図14は、本発明の第2実施例に係る素子を説明するための図面である。 13 and 14 are drawings for explaining a device according to a second embodiment of the present invention.
図13および図14を参照すると、本発明の第2実施例に係る素子100bのアクティブモノレイヤ142は金属単原子を含むことができる。例えば金属単原子はタングステン(W)、モリブデン(Mo)および銅(Cu)のうち一つであり得、これに制限されるものではない。
Referring to FIGS. 13 and 14, the
前記アクティブモノレイヤ142も数ナノサイズの厚さを有することができる。例えば、前記アクティブモノレイヤ142の厚さもFET(Field Effect Transistor)特性が示される範囲内であり得る。より具体的には、アクティブモノレイヤ142の厚さは1.0nm~20nmであり得る。
The
第1実施例でも説明した通り、前記第2実施例に係るアクティブモノレイヤ142も量子井戸構造を有することができ、ハイブリッド超格子構造を有することができる。また、アクティブモノレイヤ142は少なくとも1軸、例えば短軸方向に量子化された状態を有することができる。これに伴い、ターンオン電圧以上においても電流の流れを制限することができる。より具体的には、ゲート電圧の増加によるソースおよびドレイン電極の間の電流の傾きは15.1nA/V以下であり得る。
As described in the first embodiment, the
図15は、本発明の第2実施例に係る素子の製造方法を説明するための図面である。 FIG. 15 is a drawing for explaining a device manufacturing method according to a second embodiment of the present invention.
第2実施例に係る素子の動作特性を詳察するために、前記図6~図9を参照して説明した素子の製造方法によって第2実施例に係る素子を製造した。アクティブモノレイヤ142の他には、図10を参照して説明した第1実施例に係る素子の製造工程条件と同一にした。第2実施例に係るアクティブモノレイヤ142の具体的な工程は、図15に図示された通りである。
In order to examine the operation characteristics of the device according to the second embodiment, the device according to the second embodiment was manufactured by the device manufacturing method described with reference to FIGS. Except for the
図15を参照すると、段階S210により、ソースガスとしてWF6を準備した。段階S210の工程温度は120度にした。段階S210を遂行するものの、WF6を5回のサブ加圧ドージングで提供した。すなわち、第1サブ加圧ドージング時にはWF6をチャンバーの流出口を閉じた状態で提供し、1.0Torrまでチャンバーの圧力を増加させた。その後、30秒間チャンバーの流入口も閉じて、1.0Torrの圧力でWF6を浸透させた。その後、30秒間サブパーシングした。その後、第2サブ加圧ドージング時にはWF6をチャンバーの流出口を閉じた状態で提供し、1.0Torrまでチャンバー内の圧力を再び増加させた。その後、30秒間チャンバーの流入口も閉じて、1.0Torrの圧力でWF6を浸透させた。同一の方式で第5サブ加圧ドージング段階、第5サブ浸透段階まで遂行した。 Referring to FIG. 15, WF6 was prepared as a source gas in step S210. The process temperature in step S210 was set to 120 degrees. WF6 was provided in five sub-pressure dosings, although step S210 was performed. That is, during the first sub-pressure dosing, WF6 was supplied with the outlet of the chamber closed, and the chamber pressure was increased to 1.0 Torr. After that, the inlet of the chamber was also closed for 30 seconds, and WF6 was permeated at a pressure of 1.0 Torr. After that, it was sub-parsed for 30 seconds. Then, during the second sub-pressure dosing, WF6 was supplied with the outlet of the chamber closed, and the pressure in the chamber was increased again to 1.0 Torr. After that, the inlet of the chamber was also closed for 30 seconds, and WF6 was permeated at a pressure of 1.0 Torr. The fifth sub-pressurized dosing step and the fifth sub-permeation step were carried out in the same manner.
その後、30秒間段階S220によって第1メインパーシング(工程温度120度)を遂行した。 After that, the first main parsing (process temperature: 120 degrees) was performed for 30 seconds in step S220.
その後、段階S230により、反応ガスとしてSi2H6を準備した。段階S230の工程温度は120度にした。 After that, Si2H6 was prepared as a reaction gas in step S230. The process temperature of step S230 was set to 120 degrees.
段階S230を遂行するものの、SiH6を5回のサブ加圧ドージングおよびサブ露出段階に提供した。この時、圧力および時間などの工程変数はWF6ドージングと同一にした。 Although performing step S230, SiH6 was provided for five sub-pressure dosing and sub-exposure steps. At this time, process variables such as pressure and time were the same as those of WF6 dosing.
その後、段階S240によって30秒間第2メインパーシング(工程温度120度)を遂行した。 After that, the second main parsing (process temperature of 120 degrees) was performed for 30 seconds in step S240.
この時、段階S210~段階S240を繰り返し遂行することによってタングステン層の高さを制御した。本実験例では3サイクルを繰り返して1nm厚さのタングステン金属単原子層を製造した。これにより、アクティブモノレイヤを蒸着することができた。 At this time, the height of the tungsten layer is controlled by repeatedly performing steps S210 to S240. In this experimental example, three cycles were repeated to produce a tungsten metal monoatomic layer with a thickness of 1 nm. This allowed the deposition of an active monolayer.
図16および図17は、本発明の第2実施例に係る素子の動作特性を説明するための図面である。 16 and 17 are diagrams for explaining the operating characteristics of the device according to the second embodiment of the present invention.
図16を参照すると、本発明の第2実施例に係る素子100bは第1および第2バリア130、150、そして、アクティブモノレイヤ142が量子井戸構造を有することができる。この時、アクティブモノレイヤ140は短軸方向(例えば、厚さ方向)に量子閉じ込め効果を有するため電流の移動が制限され得る。
Referring to FIG. 16, in the
図17を参照すると、本発明の第2実施例によって製造された素子は約-5V付近でターンオン電圧を有する。すなわちゲート電極120に-5V以上の電圧が印加されることによってソースおよびドレイン電極160、162の間には電流が流れることになる。この時、ゲート電極120に印加されるゲート電圧が増加するにつれてソースおよびドレイン電極160、162間に流れる電流は増加する。しかし、ゲート電圧が約7V以上に大きくなると、ゲート電圧の増加にもかかわらず、ソースおよびドレイン電極160、162の間の電流の増加が制限された領域が現れることを確認することができる。すなわちゲート電圧のスイングにもかかわらず、ソースおよびドレイン電極間の電流の増加が15.1nA/Vに極めて制限されたことを確認することができる。これはアクティブモノレイヤ142が短軸方向に量子化されたエネルギーレベルを有するためであると解釈される。
Referring to FIG. 17, the device manufactured according to the second embodiment of the present invention has a turn-on voltage around -5V. That is, a current flows between the source and drain
以上、図13~図17を参照して本発明の第2実施例に係る素子を説明した。以下、図18~図22を参照して本発明の第3実施例に係る素子を説明することにする。本発明の第3実施例は本発明の第1実施例とは異なり、アクティブモノレイヤがTMDC(Transitionmetal dichalcogenide)を含む点で異なる。以下、異なる点を中心に本発明の第3実施例について説明し、第1実施例と共通する部分は説明を省略することにする。 The device according to the second embodiment of the present invention has been described above with reference to FIGS. 13 to 17. FIG. A device according to a third embodiment of the present invention will now be described with reference to FIGS. 18-22. The third embodiment of the present invention is different from the first embodiment of the present invention in that the active monolayer includes TMDC (Transitionmetal dichalcogenide). The third embodiment of the present invention will be described below, focusing on the points of difference, and the description of the parts common to the first embodiment will be omitted.
図18および図19は、本発明の第3実施例に係る素子を説明するための図面である。 18 and 19 are drawings for explaining a device according to a third embodiment of the present invention.
図18および図19を参照すると、本発明の第3実施例に係る素子100cのアクティブモノレイヤ146はTMDCを含むことができる。例えばTMDCはWS2、MOS2のうち一つであり得、これに制限されるものではない。
18 and 19,
前記アクティブモノレイヤ146も数ナノサイズの厚さを有することができる.前記アクティブモノレイヤ146も数ナノサイズの厚さを有することができる。例えば、前記アクティブモノレイヤ142の厚さもFET(Field Effect Transistor)特性が示される範囲内であり得る。より具体的には、アクティブモノレイヤ142の厚さは1.0nm~20nmであり得る。
The
第1実施例でも説明した通り、前記第3実施例に係るアクティブモノレイヤ146も量子井戸構造を有することができ、ハイブリッド超格子構造を有することができる。また、アクティブモノレイヤ146は少なくとも1軸、例えば短軸方向に量子化された状態を有することができる。これに伴い、ターンオン電圧以上においても電流の流れを制限することができる。より具体的には、ゲート電圧の増加によるソースおよびドレイン電極の間の電流の傾きは-0.2nA/V以下であり得る。
As described in the first embodiment, the
図20は、本発明の第3実施例に係る素子の製造方法を説明するための図面である。 FIG. 20 is a drawing for explaining a device manufacturing method according to a third embodiment of the present invention.
第3実施例に係る素子の動作特性を詳察するために、前記図6~図9を参照して説明した素子の製造方法によって第3実施例に係る素子を製造した。アクティブモノレイヤ146の他には、図10を参照して説明した第1実施例に係る素子の製造工程条件と同一にした。第3実施例に係るアクティブモノレイヤ146の具体的な工程は図15に図示された通りである。
In order to examine the operating characteristics of the device according to the third embodiment, the device according to the third embodiment was manufactured by the device manufacturing method described with reference to FIGS. Except for the
図15を参照すると、カルコゲンソースガスを100度以上に加熱して30秒間提供した後、30秒間パージした。これにより、基板上にS(硫黄)を処理した。 Referring to FIG. 15, the chalcogen source gas was heated to over 100° C., provided for 30 seconds, and then purged for 30 seconds. As a result, the substrate was treated with S (sulfur).
その後、段階S210により、ソースガスとしてWF6を準備した。段階S210の工程温度は120度にした。段階S210を遂行するものの、WF6を5回のサブ加圧ドージングで提供した。すなわち、第1サブ加圧ドージング時にはWF6をチャンバーの流出口を閉じた状態で提供し、1.0Torrまでチャンバーの圧力を増加させた。その後、30秒間チャンバーの流入口も閉じて、1.0Torrの圧力でWF6を浸透させた。その後、30秒間サブパーシングした。その後、第2サブ加圧ドージング時にはWF6をチャンバーの流出口を閉じた状態で提供し、1.0Torrまでチャンバー内の圧力を再び増加させた。その後、30秒間チャンバーの流入口も閉じて、1.0Torrの圧力でWF6を浸透させた。同一の方式で第5サブ加圧ドージング段階、第5サブ浸透段階まで遂行した。 After that, WF6 was prepared as a source gas in step S210. The process temperature in step S210 was set to 120 degrees. WF6 was provided in five sub-pressure dosings, although step S210 was performed. That is, during the first sub-pressure dosing, WF6 was supplied with the outlet of the chamber closed, and the chamber pressure was increased to 1.0 Torr. After that, the inlet of the chamber was also closed for 30 seconds, and WF6 was permeated at a pressure of 1.0 Torr. After that, it was sub-parsed for 30 seconds. Then, during the second sub-pressure dosing, WF6 was supplied with the outlet of the chamber closed, and the pressure in the chamber was increased again to 1.0 Torr. After that, the inlet of the chamber was also closed for 30 seconds, and WF6 was permeated at a pressure of 1.0 Torr. The fifth sub-pressurized dosing step and the fifth sub-permeation step were carried out in the same manner.
その後、30秒間段階S220によって第1メインパーシング(工程温度120度)を遂行した。 After that, the first main parsing (process temperature: 120 degrees) was performed for 30 seconds in step S220.
その後、段階S230により、反応ガスとしてSi2H6を準備した。段階S230の工程温度は120度にした。 After that, Si2H6 was prepared as a reaction gas in step S230. The process temperature of step S230 was set to 120 degrees.
段階S230を遂行するものの、SiH6を5回のサブ加圧ドージングおよびサブ露出段階に提供した。この時、圧力および時間などの工程変数はWF6ドージングと同一にした。 Although performing step S230, SiH6 was provided for five sub-pressure dosing and sub-exposure steps. At this time, process variables such as pressure and time were the same as those of WF6 dosing.
その後、段階S240によって30秒間第2メインパーシング(工程温度120度)を遂行した。 After that, the second main parsing (process temperature of 120 degrees) was performed for 30 seconds in step S240.
これにより、S(硫黄)処理された基板の表面に遷移金属を蒸着した。この時、段階S210~段階S240を1回遂行した。すなわち第1および第2実施例とは異なってサイクルの繰り返しはしなかった。 Thereby, the transition metal was vapor-deposited on the surface of the S (sulfur)-treated substrate. At this time, steps S210 to S240 are performed once. Thus, unlike the first and second examples, the cycle was not repeated.
引き続きカルコゲンソースガスを100度以上に加熱して30秒間提供した後、30秒間パージした。これにより、アクティブモノレイヤ146として1nm厚さのWS2モノレイヤを蒸着することができた。
Subsequently, the chalcogen source gas was heated to 100° C. or higher, provided for 30 seconds, and then purged for 30 seconds. This allowed the deposition of a 1 nm thick WS2 monolayer as the
図21および図22は、本発明の第3実施例に係る素子の動作特性を説明するための図面である。 21 and 22 are diagrams for explaining the operating characteristics of the device according to the third embodiment of the present invention.
図21を参照すると、本発明の第3実施例に係る素子100cは第1および第2バリア130、150、そして、アクティブモノレイヤ146が量子井戸構造を有することができる。この時、アクティブモノレイヤ146は短軸方向(例えば、厚さ方向)に量子閉じ込め効果を有するため電流の移動が制限され得る。
Referring to FIG. 21, in the
図22を参照すると、本発明の第3実施例によって製造された素子は約0V付近でターンオン電圧を有する。すなわちゲート電極120に約0V以上の電圧が印加されることによってソースおよびドレイン電極160、162の間には電流が流れることになる。この時、ゲート電極120に印加されるゲート電圧が増加するにつれてソースおよびドレイン電極160、162間に流れる電流は増加する。しかし、ゲート電圧が約-5V以上に大きくなると、ゲート電圧の増加にもかかわらず、ソースおよびドレイン電極160、162の間の電流の増加が制限された領域が現れることを確認することができる。すなわちゲート電圧のスイングにもかかわらず、ソースおよびドレイン電極間の電流の増加が-0.2nA/Vに極めて制限されたことを確認することができる。これはアクティブモノレイヤ146が短軸方向に量子化されたエネルギーレベルを有するためであると解釈される。
Referring to FIG. 22, the device manufactured according to the third embodiment of the present invention has a turn-on voltage around 0V. That is, a current flows between the source and drain
以上、本発明の第1~第3実施例に係る膜構造体および素子は、超格子構造および量子井戸構造を有し、少なくとも1軸方向の量子化されたエネルギーレベルを有することができる。これに伴い、ターンオン電圧以上のゲート電圧区間においても電流の移動が制限され、ひいては飽和される特有の効果を提供することができる。 As described above, the film structures and devices according to the first to third embodiments of the present invention have superlattice structures and quantum well structures, and can have quantized energy levels in at least one axial direction. Accordingly, it is possible to provide a unique effect of restricting current movement even in a gate voltage section above the turn-on voltage and thus saturating the gate voltage.
また、第1~第3実施例に対する素子の説明において、トランジスタ構造を参照して説明したが、本発明の第1~第3実施例に係る膜構造体がトランジスタ以外の3端子素子および2端子素子にも適用され得ることは言うまでもない。 In addition, in the description of the elements for the first to third embodiments, the description was made with reference to the transistor structure. Needless to say, it can also be applied to devices.
本発明の第1~第3実施例に係る膜構造体が電流の流れを制限するため、実施例に係る膜構造体はマルチレベル特性を提供することができる。より具体的には、実施例に係る膜構造体を積層すると、膜構造体それぞれのターンオン電圧の間に電流の飽和によるnon-gating領域が発生し得る。すなわち、膜構造体それぞれのアクティブモノレイヤの活性化が明確に区分され得る。これに伴い、本発明の実施例に係る膜構造体はマルチレベル素子に活用され得る。以下、本発明の実施例に係るマルチレベル素子を説明することにする。 Because the membrane structures according to the first to third embodiments of the present invention limit the flow of current, the membrane structures according to the embodiments can provide multi-level properties. More specifically, when the film structures according to the embodiments are stacked, a non-gating region due to current saturation may occur between the turn-on voltages of the film structures. That is, the activation of the active monolayer of each membrane structure can be clearly demarcated. Accordingly, the film structure according to the embodiment of the present invention can be applied to multi-level devices. A multilevel device according to an embodiment of the present invention will now be described.
本発明の一実施例に係るマルチレベル素子は、第1アクティブ層、バリア層および第2アクティブ層が順次積層された構造を有することができる。この時、一実施例に係るマルチレベル素子のゲート電極に印加されるゲート電圧によって、前記第1および前記第2アクティブ層のうち活性化されるアクティブ層の数が制御され得る。 A multilevel device according to an embodiment of the present invention may have a structure in which a first active layer, a barrier layer and a second active layer are sequentially stacked. At this time, the number of activated active layers among the first and second active layers may be controlled by the gate voltage applied to the gate electrode of the multi-level device according to one embodiment.
前記ゲート電極に印加されるゲート電圧の大きさによって第1および第2アクティブ層の導電性の活性化が制御され得る。例えば、第1ゲート電圧範囲、第1ゲート電圧範囲より大きい領域である第2ゲート電圧範囲、第2ゲート電圧範囲より大きい領域である第3ゲート電圧範囲が、ゲート電極が印加される場合を分けて説明することにする。 Activation of the conductivity of the first and second active layers can be controlled by the magnitude of the gate voltage applied to the gate electrode. For example, a first gate voltage range, a second gate voltage range that is a region larger than the first gate voltage range, and a third gate voltage range that is a region larger than the second gate voltage range divide the cases where the gate electrode is applied. I will explain.
因みに、本明細書でゲート電圧は、正と負を区分せずに絶対値を基準として説明する。また、第1ゲート電圧範囲は図25および図28のR1、第2ゲート電圧範囲は図25および図28のR2、第3ゲート電圧範囲は図25および図28のR3と理解され得る。 Incidentally, in this specification, the gate voltage is described based on the absolute value without distinguishing between positive and negative. Also, the first gate voltage range can be understood as R1 in FIGS. 25 and 28, the second gate voltage range as R2 in FIGS. 25 and 28, and the third gate voltage range as R3 in FIGS.
まず、第1ゲート電圧範囲のうち最も小さいゲート電圧が第1turn-on電圧となり得る。第1turn-on電圧がゲート電極に印加される場合、前記第1アクティブ層が活性化、すなわちturn-onされ得る。この時、第2アクティブ層は非活性化、すなわちturn-off状態であり得る。この後、第1ゲート電圧範囲内で電圧が増加するにつれて、前記ソースおよび前記ドレイン電極の間に流れる電流の大きさは増加し得る。すなわち、第1ゲート電圧範囲内でゲート電圧の増加によるソース/ドレイン電極間の電流比は第1傾きを有することができる。 First, the lowest gate voltage in the first gate voltage range can be the first turn-on voltage. When a first turn-on voltage is applied to the gate electrode, the first active layer can be activated, ie turned-on. At this time, the second active layer may be deactivated, ie, in a turn-off state. Thereafter, as the voltage increases within the first gate voltage range, the magnitude of the current flowing between the source and drain electrodes may increase. That is, the current ratio between the source/drain electrodes may have a first slope as the gate voltage increases within the first gate voltage range.
説明の便宜のために、第2ゲート電圧範囲のゲート電圧の印加は後述し、第3ゲート電圧範囲のゲート電圧の印加を先に説明することにする。第1および第2ゲート電圧範囲より大きい第3ゲート電圧範囲のゲート電圧が印加される場合、前記第1アクティブ層だけでなく第2アクティブ層も活性化、すなわちturn-onされ得る。すなわち、第3ゲート電圧範囲内の最も小さいゲート電圧は第2turn-on電圧となり得る。この後、第3ゲート電圧範囲内でゲート電圧が増加するにつれて、前記ソースおよび前記ドレイン電極の間に流れる電流の大きさは第3傾きに増加し得る。すなわち、第3ゲート電圧範囲内のゲート電圧の増加による電流比は第3傾きを有することができる。この時、第3ゲート電圧範囲内のゲート電圧の印加時、第1および第2アクティブ層はいずれもturn-on状態となるため、前記ソースおよびドレイン電極の間には第1ゲート電圧範囲内のゲート電圧の印加時よりも大きい電流が流れることができる。 For convenience of explanation, the application of the gate voltage in the second gate voltage range will be described later, and the application of the gate voltage in the third gate voltage range will be described first. When a gate voltage of a third gate voltage range, which is greater than the first and second gate voltage ranges, is applied, not only the first active layer but also the second active layer can be activated, ie turn-on. That is, the lowest gate voltage within the third gate voltage range can be the second turn-on voltage. Thereafter, as the gate voltage increases within a third gate voltage range, the magnitude of the current flowing between the source and drain electrodes may increase to a third slope. That is, the current ratio with increasing gate voltage within the third gate voltage range may have a third slope. At this time, when a gate voltage within the third gate voltage range is applied, both the first and second active layers are in a turn-on state. A larger current can flow than when the gate voltage is applied.
第1ゲート電圧範囲より大きく第3ゲート電圧範囲より小さい第2ゲート電圧範囲内のゲート電圧がゲート電極に印加される場合、前記第1アクティブ層のみ活性化、すなわちturn-on状態であり得る。この時、第2ゲート電圧範囲内でゲート電圧が増加しても、ソース/ドレイン電極間の電流の移動の程度は維持され得る。すなわち、第1ゲート電圧範囲内でゲート電圧が増加する場合、前記ソースおよび前記ドレイン電極の間に流れる電流の大きさは例えば、第1傾きに増加する反面、第2ゲート電圧範囲内でゲート電圧が増加する場合、前記ソースおよび前記ドレイン電極の間に流れる電流の大きさは第1および第3傾きより小さくてもよい。より具体的には、第2ゲート電圧範囲内でゲート電圧が増加する場合、前記ソースおよび前記ドレイン電極の間の電流値は一定であり得る。換言すると、第2傾きは0であり得る。これに伴い、本発明の一実施例に係るマルチレベル素子はマルチレベル導電率を提供することができる。 When a gate voltage within a second gate voltage range greater than the first gate voltage range and less than a third gate voltage range is applied to the gate electrode, only the first active layer may be activated, ie, turn-on. At this time, even if the gate voltage increases within the second gate voltage range, the degree of current transfer between the source/drain electrodes can be maintained. That is, when the gate voltage increases within the first gate voltage range, the magnitude of the current flowing between the source and the drain electrodes increases with a first slope, while the gate voltage increases within the second gate voltage range. The magnitude of the current flowing between the source and the drain electrodes may be smaller than the first and third slopes when λ increases. More specifically, when the gate voltage increases within a second gate voltage range, the current value between the source and drain electrodes may be constant. In other words, the second slope may be zero. Accordingly, a multilevel device according to an embodiment of the present invention can provide multilevel conductivity.
メカニズムの観点から、第1ゲート電圧範囲内のゲート電圧が印加される場合、第1アクティブ層がturn-onされ得る。この場合、第1アクティブ層を流れる電流(ソース電極の電子は第2アクティブ層およびバリア層をトンネリングする)によってゲート電圧によるフィールドが第2アクティブ層に達せずに遮蔽されることになる(shielding effect)。 From a mechanism point of view, the first active layer can be turned-on when a gate voltage within the first gate voltage range is applied. In this case, the current flowing through the first active layer (the electrons in the source electrode tunnel through the second active layer and the barrier layer) shields the field due to the gate voltage from reaching the second active layer (shielding effect). ).
第2ゲート電圧範囲のゲート電圧が印加される場合、依然として第1アクティブ層を流れる電流によってゲート電圧によるフィールドが第2アクティブ層に達せずに遮蔽される。また、第2領域のゲート電圧の印加時には、第1アクティブ層の飽和(saturation)によってゲート電圧を増加させてもソースおよびドレイン電極の間の電流は一定に流れることになる。他の観点から、前記バリア層は、第2ゲート電圧範囲内でゲート電圧が増加しても第2アクティブ層のゲーティング(gating)を遅延させ、第1アクティブ層の制限された電子の流れを維持することができる。 When a gate voltage in the second gate voltage range is applied, the current flowing through the first active layer still blocks the field due to the gate voltage from reaching the second active layer. Also, when the gate voltage of the second region is applied, the current between the source and drain electrodes is constant even if the gate voltage is increased due to the saturation of the first active layer. From another aspect, the barrier layer retards the gating of the second active layer with increasing gate voltage within the second gate voltage range and restricts the flow of electrons in the first active layer. can be maintained.
第3ゲート電圧範囲のゲート電圧が印加される場合、フィールド浸透(field penetration)によってゲート電圧が第2アクティブ層に及ぶようになる。これに伴い、第2アクティブ層がturn-onされ得るのである。 When a gate voltage in the third gate voltage range is applied, field penetration causes the gate voltage to extend into the second active layer. Accordingly, the second active layer can be turned on.
第1実施例によると、ゲート電圧がフィールド浸透によって第2アクティブ層に達するようにするためには、第1アクティブ層がTMDCモノレイヤであることが好ましい。もし、第1アクティブ層がより厚い場合、第1アクティブ層を流れる電流の大きさが大きくなる。これに伴い、第1アクティブ層によってゲート電圧が第2アクティブ層にフィールド浸透できないように防ぐシールド効果が大きくなる。この場合、第2アクティブ層をturn-onさせるためには過度に大きいゲート電圧が必要となるところ、消費電力の面で不利となる。また、ゲート絶縁膜が大きいゲート電圧に耐えるために、より厚くならなければならないところ、トランジスタの小型化の趨勢にも符合できなくなる。これに反し、第1アクティブ層がTMDCモノレイヤである場合、通常のゲート電圧範囲内でも第2アクティブ層がturn-onされ得るため、消費電力および小型化の趨勢に符合することができる。 According to a first embodiment, the first active layer is preferably a TMDC monolayer so that the gate voltage reaches the second active layer by field penetration. If the first active layer is thicker, the magnitude of the current flowing through the first active layer increases. As a result, the shielding effect of the first active layer to prevent field permeation of the gate voltage into the second active layer is increased. In this case, an excessively high gate voltage is required to turn on the second active layer, which is disadvantageous in terms of power consumption. In addition, the thickness of the gate insulating film must be increased in order to withstand a large gate voltage. On the other hand, if the first active layer is a TMDC monolayer, the second active layer can be turned on within a normal gate voltage range, thus meeting the trend of power consumption and miniaturization.
以下、本発明の一実施例に係るマルチレベル素子を具体的に説明することにする。 A multi-level device according to an embodiment of the present invention will now be described in detail.
図23は、本発明の第1実施例に係るマルチレベル素子を説明するための図面である。 FIG. 23 is a diagram for explaining a multi-level device according to the first embodiment of the present invention.
図23を参照すると、本発明の第1実施例に係るマルチレベル素子300aは、基板、ゲート電極120、ゲート絶縁膜125、第1アクティブ層142a、バリア層132、第2アクティブ層142b、ソース電極160およびドレイン電極162を含んでなり得る。
Referring to FIG. 23, a
図23の右側に図示された通り、第1アクティブ層142aは金属単原子層であるWを含み、第2バリア層132は第1バリア層であるZnOと第2バリア層である4MPを含み、第2アクティブ層142bは金属単原子層であるWを含むことができる。
As illustrated on the right side of FIG. 23, the first
すなわち、本発明の第1実施例に係るマルチレベル素子は、前述した本発明の第2実施例に係る素子を基盤とすることができる。 That is, the multilevel device according to the first embodiment of the present invention can be based on the device according to the second embodiment of the present invention.
図24は、本発明の第1実施例に係るマルチレベル素子の製造方法を説明するための図面である。 FIG. 24 is a diagram for explaining a method of manufacturing a multi-level device according to the first embodiment of the present invention.
図24を参照すると、本発明の第1実施例に係るマルチレベル素子の製造方法は、ゲート電極および前記ゲート電極の一側にゲート絶縁膜を形成する段階(S310)、前記ゲート絶縁膜の一側に第1金属単原子を含む第1アクティブ層を蒸着する段階(S320)、前記第1アクティブ層の一側にバリア層を蒸着する段階(S330)、前記バリア層の一側に第2金属単原子を含む第2アクティブ層を蒸着する段階(S340)および前記第2アクティブ層の一側にソースおよびドレイン電極を形成する段階(S350)のうち少なくとも一つの段階を含んでなり得る。以下、各段階について詳術することにする。 Referring to FIG. 24, a method of manufacturing a multi-level device according to the first embodiment of the present invention includes steps of forming a gate electrode and a gate insulating layer on one side of the gate electrode (S310); depositing a first active layer containing a first metal monoatom on one side (S320); depositing a barrier layer on one side of the first active layer (S330); depositing a second metal on one side of the barrier layer (S330); The method may include at least one step of depositing a second active layer containing monatoms (S340) and forming source and drain electrodes on one side of the second active layer (S350). Each stage will be described in detail below.
(段階S310)
段階S310で、基板上に、ゲート電極および前記ゲート電極の一側にゲート絶縁膜が形成され得る。ゲート電極はゲート電圧が印加される構成であって、導電性を有するある物質、例えば金属からなり得る。ゲート絶縁膜はゲート電極に印加されたゲート電流の漏洩を防止する構成であって、絶縁性を有するある物質例えば、Al2O3、SiNx、SiO2のうち少なくとも一つの物質からなり得る。
(Step S310)
At step S310, a gate electrode and a gate insulating layer may be formed on a substrate on one side of the gate electrode. The gate electrode is a structure to which a gate voltage is applied and can be made of some material having conductivity, such as a metal. The gate insulating layer prevents leakage of a gate current applied to the gate electrode, and may be made of an insulating material, such as at least one of Al2O3, SiNx, and SiO2.
(段階S320)
段階S320でゲート絶縁膜の一側に第1金属単原子を含む第1アクティブ層が蒸着され得る。段階S320は前記図15を参照して説明した工程に対応するため、具体的な説明を省略することにする。段階S320でも図7を参照して説明した加圧ドージング段階が適用され得ることは言うまでもない。
(Step S320)
A first active layer including a first metal monoatom may be deposited on one side of the gate insulating layer in step S320. Since step S320 corresponds to the process described with reference to FIG. 15, a detailed description thereof will be omitted. It goes without saying that the pressure dosing step described with reference to FIG. 7 can also be applied to step S320.
これにより、第1金属単原子を含む第1アクティブ層が製造され得る。この時、第1アクティブ層の厚さは例えば、0.7nm超過4nm未満、好ましくは1nm以上、2nm以下であり得る。 This may produce a first active layer comprising the first metal monoatoms. At this time, the thickness of the first active layer may be, for example, greater than 0.7 nm and less than 4 nm, preferably greater than or equal to 1 nm and less than or equal to 2 nm.
(段階S330)
段階S330で、前記第1アクティブ層上にバリア層が蒸着され得る。前記バリア層は後述する第2アクティブ層と蒸着された第1アクティブ層間に設けられ得る。
(Step S330)
At step S330, a barrier layer may be deposited on the first active layer. The barrier layer may be provided between a second active layer and a deposited first active layer, which will be described later.
段階S330で、分子層成長法を通じてバリア層、例えば有機分子層および/または無機分子層が形成され得る。この場合、段階S330は、有機前駆体をドージングする段階およびパージングする段階からなる単位サイクル(cycle)を含むことができる。単位サイクルによって一層の有機分子層が形成され得る。すなわち、単位サイクルが繰り返されることによって蒸着される有機分子層の層数が制御され得る。 At step S330, a barrier layer, such as an organic molecular layer and/or an inorganic molecular layer, may be formed through a molecular layer deposition method. In this case, step S330 may include a unit cycle of dosing and purging the organic precursor. One layer of organic molecules can be formed by a unit cycle. That is, the number of organic molecular layers to be deposited can be controlled by repeating the unit cycle.
段階S330において、圧力範囲は0.001~1Torrであり得、工程温度範囲は80~200度であり得、特に有機前駆体の温度範囲は25~100度であり得る。 In step S330, the pressure range may be 0.001-1 Torr, the process temperature range may be 80-200 degrees, especially the temperature range of the organic precursor may be 25-100 degrees.
これにより、第1アクティブ層上に望む厚さのバリア層が蒸着され得る。 This allows the desired thickness of the barrier layer to be deposited on the first active layer.
(段階S340および段階S350)
段階S340は段階S320に対応するため、具体的な説明を省略することにする。段階S340後にソースおよびドレイン電極が形成され得る。
(Step S340 and Step S350)
Since step S340 corresponds to step S320, a detailed description thereof will be omitted. Source and drain electrodes may be formed after step S340.
以上の段階S310~段階S350によって本発明の第1実施例に係るマルチレベル導電率を有する素子が製造され得る。 A device having multi-level conductivity according to the first embodiment of the present invention can be manufactured through steps S310 to S350.
図25は、本発明の第1実施例に係るマルチレベル素子の特性を説明するための図面である。 FIG. 25 is a diagram for explaining the characteristics of the multilevel device according to the first embodiment of the present invention.
まず、シミュレーションのために、本発明の第1実施例に係るマルチレベル素子を製造した。この時、第1アクティブ層および第2アクティブ層は前述した段階S320(図15の工程条件)によって製造した。また、第1アクティブ層と第2アクティブ層間に形成されるバリア層は、第1バリア層と第2バリア層からなる。第1バリア層でZnOを形成した。ZnOも加圧ドージングをした。すなわち、ZnO金属前駆体ソースガスであるDEZを5回のサブ加圧ドージングで提供した。すなわち、第1サブ加圧ドージング時にはDEZをチャンバーの流出口を閉じた状態で提供し、1.0Torrまでチャンバーの圧力を増加させた。その後、3秒間チャンバーの流入口も閉じて、1.0Torrの圧力でDEZを浸透させた。その後、30秒間サブパーシングした。その後、第2サブ加圧ドージング時にはDEZをチャンバーの流出口を閉じた状態で提供し、1.0Torrまでチャンバー内の圧力を再び増加させた。その後、3秒間チャンバーの流入口も閉じて、1.0Torrの圧力でDEZを浸透させた。同一の方式で第5サブ加圧ドージング段階、第5サブ浸透段階まで遂行した。この後、15秒間第1メインパーシング段階を遂行した。引き続き、H2Oを5回のサブ加圧ドージング、サブ露出段階に提供した。この時、圧力および時間などの工程変数はDEZドージングと同一にした。この後、第2メインパーシング段階を遂行して第1バリア層を製造した。 First, for simulation, a multi-level device according to the first embodiment of the present invention was manufactured. At this time, the first active layer and the second active layer were manufactured according to step S320 (process conditions of FIG. 15). Also, the barrier layer formed between the first active layer and the second active layer consists of the first barrier layer and the second barrier layer. ZnO was formed as the first barrier layer. ZnO was also pressure dosed. That is, the ZnO metal precursor source gas, DEZ, was provided in five sub-pressure dosings. That is, during the first sub-pressure dosing, DEZ was supplied with the outlet of the chamber closed, and the chamber pressure was increased to 1.0 Torr. After that, the inlet of the chamber was also closed for 3 seconds and the DEZ was permeated at a pressure of 1.0 Torr. After that, it was sub-parsed for 30 seconds. Then, during the second sub-pressure dosing, DEZ was supplied with the outlet of the chamber closed, and the pressure in the chamber was increased again to 1.0 Torr. After that, the inlet of the chamber was also closed for 3 seconds and the DEZ was permeated at a pressure of 1.0 Torr. The fifth sub-pressurized dosing step and the fifth sub-permeation step were carried out in the same manner. After this, the first main parsing stage was performed for 15 seconds. Subsequently, H2O was provided for five sub-pressure dosing, sub-exposure steps. At this time, process parameters such as pressure and time were the same as those of DEZ dosing. After that, a second main persing step was performed to fabricate a first barrier layer.
第1バリア層上に第2バリア層を形成した。第2バリア層として4MPを蒸着した。このために、有機前駆体として4MPを準備し、パーシングガスとしてアルゴンを準備した。有機前駆体をドージングする段階の圧力は200mTorr、20秒間にし、パージングする段階は60秒間持続した。各工程の圧力は100度にした。これにより、有機バリア層を蒸着した。 A second barrier layer was formed on the first barrier layer. 4MP was deposited as a second barrier layer. For this purpose, 4MP was prepared as an organic precursor and argon was prepared as a persing gas. The pressure of the organic precursor dosing step was 200 mTorr for 20 seconds and the purging step lasted 60 seconds. The pressure in each step was 100 degrees. This deposited an organic barrier layer.
これにより、本発明の第2実施例に係るマルチレベル素子を製造した。 Thus, a multi-level device according to the second embodiment of the present invention was manufactured.
図25を参照すると、-1.5~4ボルトのゲート電圧がゲート電極に印加される場合、ソースおよびドレイン電極間の電流が増加することを確認することができた。すなわち、-1.5~4ボルトは第1ゲート電圧範囲R1と理解され得る。これは前述した通り、第2アクティブ層がturn-offされた状態で、第1アクティブ層がturn-onされることにより電流が移動すると解釈される。 Referring to FIG. 25, it can be seen that the current between the source and drain electrodes increases when a gate voltage of -1.5 to 4 volts is applied to the gate electrode. That is, -1.5 to 4 volts can be understood as the first gate voltage range R1. As described above, it is interpreted that current is transferred by turning on the first active layer while the second active layer is turned off.
また、4~7ボルトのゲート電圧がゲート電極に印加される場合、ソースおよびドレイン電極間の電流量に変化がないことを確認することができた。すなわち、4~7ボルトは第2ゲート電圧範囲R2と理解され得る。これは4~7ボルトのゲート電圧範囲では依然として第2アクティブ層がturn-off状態で、第1アクティブ層が飽和されたためであると解釈される。そして、4~7ボルトのゲート電圧範囲では、バリア層と第1アクティブ層によって第2アクティブ層に達するゲートフィールドが遮蔽されて第2アクティブ層がturn-onされないものと解釈される。すなわち、アクティブ層の少なくとも1軸方向の量子化されたエネルギーレベルによって電流の飽和現象が発生し、電流の飽和現象によって第2ゲート電圧範囲R2が生成され得る。 Also, it was confirmed that the amount of current between the source and drain electrodes did not change when a gate voltage of 4 to 7 volts was applied to the gate electrode. That is, 4-7 volts can be understood as the second gate voltage range R2. It is interpreted that this is because the first active layer is saturated while the second active layer is still in the turn-off state in the gate voltage range of 4-7 volts. In the gate voltage range of 4 to 7 volts, the gate field reaching the second active layer is blocked by the barrier layer and the first active layer so that the second active layer is not turned on. That is, current saturation occurs due to the quantized energy level in at least one axis of the active layer, and the second gate voltage range R2 may be generated by the current saturation.
また、7ボルト以上のゲート電圧がゲート電極に印加される場合、ソースおよびドレイン電極間の電流が再び増加することを確認することができた。すなわち、7ボルト以上のゲート電圧は、第3ゲート電圧範囲R3と理解され得る。これは7ボルト以上の電圧ではゲート電圧が第1アクティブ層およびバリア層を通過して第2アクティブ層に達したものと解釈される。 Also, it was confirmed that the current between the source and drain electrodes increased again when a gate voltage of 7 V or more was applied to the gate electrode. That is, a gate voltage above 7 volts can be understood as a third gate voltage range R3. This translates to the gate voltage passing through the first active layer and the barrier layer to reach the second active layer at voltages above 7 volts.
図26は、本発明の第2実施例に係るマルチレベル素子を図示する。 FIG. 26 illustrates a multi-level device according to a second embodiment of the invention.
図26を参照すると、本発明の第2実施例に係るマルチレベル素子300bは、基板、ゲート電極120、ゲート絶縁膜125、第1アクティブ層144a、バリア層134、第2アクティブ層144b、ソース電極160およびドレイン電極162を含んでなり得る。
Referring to FIG. 26, a
図示された通り、第2実施例に係る素子はゲート電極120を基準として第1アクティブ層144a、バリア層134、第2アクティブ層144bが順次積層された構造を有することができる。
As shown, the device according to the second embodiment may have a structure in which a first
前記ソースおよびドレイン電極160、162は前記第2アクティブ層144bと電気的に接触することができる。換言すると、前記ソースおよびドレイン電極160、162は前記第1アクティブ層144aおよび前記バリア層134と電気的に非接触することができる。
The source and drain
図26の右側に図示された通り、第1アクティブ層144aはWS2TMDCを含み、第2バリア層134は4MPを含み、第2アクティブ層144bはWS2TMDCを含むことができる。
As illustrated on the right side of FIG. 26, the first
すなわち、本発明の第2実施例に係るマルチレベル素子は前述した本発明の第3実施例に係る素子を基盤とすることができる。 That is, the multilevel device according to the second embodiment of the present invention can be based on the device according to the third embodiment of the present invention.
図27は、本発明の第2実施例に係るマルチレベル素子の製造方法を説明するためのフローチャートである。 FIG. 27 is a flowchart for explaining a method of manufacturing a multilevel device according to the second embodiment of the present invention.
図27を参照すると、本発明の第2実施例に係るマルチレベル素子の製造方法は、ゲート電極および前記ゲート電極の一側にゲート絶縁膜を形成する段階(S410)、前記ゲート絶縁膜の一側に第1TMDCを含む第1アクティブ層を蒸着する段階(S420)、前記第1アクティブ層の一側にバリア層を蒸着する段階(S430)、前記バリア層の一側に第2TMDCを含む第2アクティブ層を蒸着する段階(S440)および前記第2アクティブ層の一側にソースおよびドレイン電極を形成する段階(S450)のうち少なくとも一つの段階を含んでなり得る。 Referring to FIG. 27, a method of manufacturing a multi-level device according to a second embodiment of the present invention includes steps of forming a gate electrode and a gate insulating layer on one side of the gate electrode (S410); depositing a first active layer including a first TMDC on one side (S420); depositing a barrier layer on one side of the first active layer (S430); At least one step of depositing an active layer (S440) and forming source and drain electrodes on one side of the second active layer (S450) may be included.
段階S410、段階S450は第1実施例に係るマルチレベル素子の製造方法に対応するため、具体的な説明を省略することにする。段階S420および段階S440は図20を参照して説明したものに対応するため、具体的な説明を省略することにする。段階S430は図23を参照して説明した段階S330に対応するため、具体的な説明を省略することにする。 Since steps S410 and S450 correspond to the manufacturing method of the multi-level device according to the first embodiment, detailed description thereof will be omitted. Since steps S420 and S440 correspond to those described with reference to FIG. 20, detailed description thereof will be omitted. Since step S430 corresponds to step S330 described with reference to FIG. 23, a detailed description thereof will be omitted.
引き続き、本発明の第2実施例に係るマルチレベル伝導度特性を説明することにする。図27を参照して説明した条件によって製造されたマルチレベル素子は、図28に図示された通り、I-Vカーブ上でマルチレベル導電率を有することが確認された。 Subsequently, the multi-level conductivity characteristics according to the second embodiment of the present invention will be explained. It was confirmed that the multilevel device manufactured under the conditions described with reference to FIG. 27 has multilevel conductivity on the IV curve, as shown in FIG.
図28を参照すると、4~-19ボルトのゲート電圧がゲート電極に印加される場合、ソースおよびドレイン電極間の電流が増加することを確認することができた。すなわち、4~-19ボルトは第1ゲート電圧範囲R1と理解され得る。これは前述した通り、第2アクティブ層がturn-offされた状態で、第1アクティブ層がturn-onされることにより電流が移動すると解釈される。 Referring to FIG. 28, it can be seen that the current between the source and drain electrodes increases when a gate voltage of 4 to -19 volts is applied to the gate electrode. That is, 4 to -19 volts can be understood as the first gate voltage range R1. As described above, it is interpreted that current is transferred by turning on the first active layer while the second active layer is turned off.
また、-19~-22ボルトのゲート電圧がゲート電極に印加される場合、ソースおよびドレイン電極間の電流量に変化がないことを確認することができた。すなわち、-19~-22ボルトは第2ゲート電圧範囲R2と理解され得る。これは-19~-22ボルトのゲート電圧範囲では依然として第2アクティブ層がturn-off状態で、第1アクティブ層が飽和されたためであると解釈される。そして、-19~-22ボルトのゲート電圧範囲ではバリア層と第1アクティブ層によって第2アクティブ層に達するゲートフィールドが遮蔽され、第2アクティブ層がturn-onされないと解釈される。すなわち、アクティブ層の少なくとも1軸方向の量子化されたエネルギーレベルによって電流の飽和現象が発生し、電流の飽和現象によって第2ゲート電圧範囲R2が生成され得る。 In addition, it can be seen that the amount of current between the source and drain electrodes does not change when a gate voltage of -19 to -22 volts is applied to the gate electrode. That is, -19 to -22 volts can be understood as the second gate voltage range R2. It is interpreted that this is because the first active layer is saturated while the second active layer is still in the turn-off state in the gate voltage range of -19 to -22 volts. It is interpreted that the gate field reaching the second active layer is shielded by the barrier layer and the first active layer in the gate voltage range of -19 to -22 volts, and the second active layer is not turned on. That is, current saturation occurs due to the quantized energy level in at least one axis of the active layer, and the second gate voltage range R2 may be generated by the current saturation.
また-22ボルト以上のゲート電圧がゲート電極に印加される場合、ソースおよびドレイン電極間の電流が再び増加することを確認することができた。すなわち、-22ボルト以上のゲート電圧は第3ゲート電圧範囲R3と理解され得る。これは-22ボルト以上の電圧ではゲート電圧が第1アクティブ層およびバリア層を通過して第2アクティブ層に達したものと解釈される。 It was also confirmed that the current between the source and drain electrodes increased again when a gate voltage of -22 V or higher was applied to the gate electrode. That is, a gate voltage above -22 volts can be understood as a third gate voltage range R3. This translates to the gate voltage passing through the first active layer and the barrier layer to reach the second active layer at voltages above -22 volts.
以上、本発明の第2実施例に係るマルチレベル素子を説明した。 The multi-level device according to the second embodiment of the present invention has been described above.
以下、前述した本発明の実施例に係る工程の優秀性について説明することにする。まず、加圧ドージング段階の優秀性について説明することにする。 Hereinafter, the superiority of the process according to the embodiment of the present invention will be described. First, the superiority of the pressure dosing stage will be described.
図29は、ソースガスとして、タングステンヘキサフルオライドガスを使って図7を参照して説明した加圧ドージング段階を遂行するものの、金属前駆体ソースガスによるチャンバーの圧力を増加させながら表面カバレッジを測定した結果である。 FIG. 29 measures the surface coverage while increasing the chamber pressure with the metal precursor source gas while performing the pressure dosing step described with reference to FIG. 7 using tungsten hexafluoride gas as the source gas. This is the result of
図29を参照すると、圧力をそれぞれ5mTorrから10mTorr、20mTorr、50mTorr、100mTorr、200mTorr、300mTorr、1000mTorr、2000mTorr、3000mTorrに増加させた場合、表面カバレッジはそれぞれ61%、62.5%、62、65%、66.5%、69.5%、91.5%、96.5%、97.5%、99%に向上することを確認することができる。 Referring to FIG. 29, when the pressure is increased from 5 mTorr to 10 mTorr, 20 mTorr, 50 mTorr, 100 mTorr, 200 mTorr, 300 mTorr, 1000 mTorr, 2000 mTorr, 3000 mTorr, the surface coverage is 61%, 62.5%, 62, 65%, respectively. , 66.5%, 69.5%, 91.5%, 96.5%, 97.5%, and 99%.
すなわち、ソースガスのドージング圧力が0.2mTorrの低圧である場合、表面カバレッジが約70%と低く示された。しかし、ソースガスのドージング圧力を0.3Torr以上に増加させた場合、表面カバレッジが約90%であって、顕著に優秀なことが分かった。 That is, when the source gas dosing pressure was as low as 0.2 mTorr, the surface coverage was as low as about 70%. However, when the dosing pressure of the source gas was increased above 0.3 Torr, the surface coverage was found to be significantly better at about 90%.
これにより、ソースガス加圧ドージング段階の最小圧力は0.3Torr以上であることが好ましいことを確認することができた。 Accordingly, it can be confirmed that the minimum pressure of the source gas pressurized dosing step is preferably 0.3 Torr or more.
これは前述した通り、チャンバーを密閉させた状態でソースガスを供給してチャンバー内の圧力を高圧に形成する場合、ソースガスの対象体の表面吸着率が顕著に増加することを意味する。したがって、本発明の一実施例に係る加圧ドージングによって優秀な膜質が提供され得る。 As described above, when the pressure inside the chamber is increased by supplying the source gas while the chamber is closed, the adsorption rate of the source gas on the surface of the object increases significantly. Therefore, excellent film quality can be provided by pressure dosing according to an embodiment of the present invention.
加圧ドージング段階は本発明の一実施例に係る素子および本発明の一実施例に係るマルチレベル素子に適用され得る。 A pressure dosing step can be applied to a device according to an embodiment of the invention and to a multi-level device according to an embodiment of the invention.
以下、第3実施例に係る素子および第2実施例に係るマルチレベル素子のWS2特性について説明することにする。 The WS2 characteristics of the device according to the third embodiment and the multi-level device according to the second embodiment will now be described.
図30および図31に図示された通り、本発明の第3実施例に係る素子および第2実施例に係るマルチレベル素子のWS2に対してXPS分析を遂行してみた。製造工程は図20を参照して説明したものと同一である。 As shown in FIGS. 30 and 31, XPS analysis was performed on WS2 of the device according to the third embodiment of the present invention and the multi-level device according to the second embodiment. The manufacturing process is the same as that described with reference to FIG.
遷移金属であるタングステンXPSピークに比べ(図30(a)、図31(a))、本発明の一実施例によって製造されたWS2はWによるピークの他に明確にSによるピークを確認することができた(図30(b)、図31(b))。これを通じて、WS2が蒸着されたことを確認することができる。 Compared to the XPS peaks of tungsten, which is a transition metal (FIGS. 30(a) and 31(a)), WS2 produced according to an embodiment of the present invention clearly shows a peak due to S in addition to a peak due to W. was made (FIGS. 30(b) and 31(b)). Through this, it can be confirmed that WS2 was deposited.
次いで、図32に図示された通り、本発明の一実施例によって製造されたWS2に対してraman shift分析を遂行してみた。 Next, as shown in FIG. 32, Raman shift analysis was performed on WS2 manufactured according to an embodiment of the present invention.
分析結果、intensity ratio(I2LA/IA1g)が2.4、E2gとA1gのFrequency difference(cm-1)が62.5に確認された(図32(b))。分析結果に基づいて、本発明の一実施例によって製造されたWS2はモノレイヤであることを確認することができる。 As a result of the analysis, it was confirmed that the intensity ratio (I 2LA /IA 1g ) was 2.4 and the frequency difference (cm −1 ) between E 2g and A 1g was 62.5 (FIG. 32(b)). Based on the analysis results, it can be confirmed that the WS2 manufactured according to one embodiment of the present invention is a monolayer.
次いで、図33に図示された通り、本発明の一実施例によって製造されたWS2に対してAFM分析を遂行してみた。 Next, as shown in FIG. 33, AFM analysis was performed on WS2 manufactured according to one embodiment of the present invention.
シリコン基板上に遷移金属であるタングステンを蒸着した場合、0.379nmの厚さの偏差が発生した反面(図33(a))、シリコン基板上に本発明の一実施例によって製造されたWS2の場合、0.736nmの厚さの偏差が発生した(図33(b))。0.736nmの厚さの偏差により一実施例によって製造されたWS2はモノレイヤであることを確認することができる。 When tungsten, which is a transition metal, was deposited on a silicon substrate, a thickness deviation of 0.379 nm occurred (FIG. 33(a)). In this case, a thickness deviation of 0.736 nm occurred (FIG. 33(b)). A thickness deviation of 0.736 nm confirms that the WS2 fabricated according to one embodiment is a monolayer.
これにより、本発明の一実施例によって製造されたマルチレベル素子は高いカバレッジを有するモノレイヤのTMDCアクティブ層を有することを確認することができた。 This confirms that the multi-level device manufactured according to one embodiment of the present invention has a monolayer TMDC active layer with high coverage.
以上、本発明を好ましい実施例を使って詳細に説明したが、本発明の範囲は特定の実施例に限定されるものではなく、添付された特許請求の範囲によって解釈されるべきである。また、この技術分野で通常の知識を習得した者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく多様な修正と変形が可能であることが理解されるべきである。 Although the present invention has been described in detail using preferred embodiments, the scope of the invention should not be limited to the specific embodiments, but should be construed by the appended claims. It should also be understood by those skilled in the art that various modifications and variations can be made without departing from the scope of the present invention.
Claims (20)
前記少なくとも一層のアクティブモノレイヤと交互に積層される少なくとも一層のバリア(barrier)を含み、
前記アクティブモノレイヤには電流が流れ、前記量子化されたエネルギーレベルによって電流の流れが制限され、
前記バリアは、有機物及び有機-無機複合体の少なくとも1つを含む、膜構造体。 at least one active monolayer having quantized energy levels along at least one axis; and at least one barrier stacked alternately with said at least one active monolayer;
a current flows through the active monolayer, the quantized energy level limiting current flow ;
The membrane structure , wherein the barrier includes at least one of an organic material and an organic-inorganic composite .
前記少なくとも一層のアクティブモノレイヤと交互に積層される少なくとも一層のバリア(barrier)、および
前記ゲート電極にゲート電圧が印加される場合、前記アクティブモノレイヤを通じて電流が流れるソース電極およびドレイン電極を含み、
前記バリアは、有機物及び有機-無機複合体の少なくとも1つを含む、素子。 a gate electrode, a gate insulating film on one side of the gate electrode, at least one active monolayer provided on one side of the gate insulating film;
at least one layer of barriers alternately stacked with the at least one active monolayer; and a source electrode and a drain electrode through which a current flows through the active monolayer when a gate voltage is applied to the gate electrode. ,
The device , wherein the barrier includes at least one of an organic material and an organic-inorganic composite .
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