KR101052413B1 - 고순도 산화 몰리브덴으로 형성된 전자 디바이스 - Google Patents

고순도 산화 몰리브덴으로 형성된 전자 디바이스 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디바이스의 적어도 일부에 고순도 산화 몰리브덴을 포함하는 전자 디바이스에 관한 것이다.
바이폴러 트랜지스터, 전계 효과 트랜지스터, 및 사이리스터 등의 본 발명에 따른 디바이스는 높은 내전압을 갖는다. 또한, 본 발명은 고순도 산화 몰리브덴을 사용하여 형성된 부환경(hostile environment) 전자 디바이스에 관한 것이다.
본 발명에 따른 디바이스는 GaN 및 SiC 디바이스가 제조되는 온도인 1000℃ 이상 보다 낮은 700℃ 정도의 비교적 저온에서 제조 될 수 있다.
고순도 몰리브덴, 전자 디바이스

Description

고순도 산화 몰리브덴으로 형성된 전자 디바이스{ELECTRONIC DEVICES FORMED OF HIGH-PURITY MOLYBDENUM OXIDE}
도 1은 550℃에서 고순도 몰리브덴의 산화에 의해 형성된 산화 몰리브덴의 광 반사 특성을 도시하는 도면.
도 2는 450 내지 650℃의 다양한 온도에서 고순도 몰리브덴의 산화에 의해 형성된 산화 몰리브덴으로부터의 라만 산란 스펙트라(Raman scattering spectra)를 도시하는 도면.
도 3은 450 내지 650℃의 다양한 온도에서 고순도 몰리브덴의 산화에 의해 형성된 산화 몰리브덴으로부터의 X-레이 회절 스펙트라를 도시하는 도면.
도 4는 550℃에서 고순도 몰리브덴의 산화에 의해 형성된 산화 몰리브덴의 전기 저항의 온도 의존성을 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 제 1의 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터의 구조에 관한 개략도.
도 6은 도 5에 그 구성이 도시된 전계 효과 트랜지스터에 대한 시뮬레이션에 의해 얻어진 550℃에서의 전류-전압 특성을 도시하는 도면.
도 7은 본 발명의 제 2의 실시예에 따른 바이폴러 트랜지스터의 개략도.
도 8은 도 7에 그 구성이 도시된 바이폴러 트랜지스터에 대한 시뮬레이션에 의해 얻어진 500℃에서의 전류-전압 특성을 도시하는 도면.
도 9는 본 발명의 제 3의 실시예에 따른 사이리스터의 개략도.
도 10은 산화 몰리브덴으로 형성된 사이리스터에 대한 시뮬레이션에 의해 얻어진 내전압 및 온-저항 사이의 관계를 도시하는 도면.
기술분야
본 발명은 내전압이 높은 전자 디바이스 및 부환경(hostile environment) 전자 디바이스에 관한 것으로서, 특히 항복 전압이 높은 전계 효과 트랜지스터, 바이폴러 트랜지스터, 및 사이리스터, 및 질화 갈륨(GaN) 및 탄화 실리콘(SiC) 등의 밴드갭이 큰 공지의 반도체를 구성하는 디바이스에 수반되는 문제점을 해결할 수 있는 신규의 반도체 디바이스를 구성하는 부환경 디바이스에 관한 것이다.
종래기술
최근, 바이폴러 트랜지스터, 전계 효과 트랜지스터, 및 사이리스터 등의 소위 파워 디바이스가 가정용 전자 제품, 자동차, 공작 기계, 및 조명 등의 여러 분야에서 사용된다. 응용 분야가 넓어짐에 따라, 고효율 및 고속으로 전력을 전환 및 제어하는 것이 파워 디바이스에 요구되고 있다. 파워 디바이스는 오랫동안 실리콘(Si)을 사용하여 제조되어 왔지만, 실리콘 디바이스의 한계는 예견된다. 상기 한계는 약 1 전자 볼트(eV)인 실리콘의 밴드갭이 작다는 점에서 기인한다. 상기 한계를 극복하기 위해, 소위 와이드갭(widegap) 반도체라고 하는 넓은 밴드갭을 갖는 반도체를 구성하는 파워 디바이스를 실현하고자 하는 연구가 광범위하게 행해지고 있다. 특히, 밴드갭이 약 3.43eV인 질화 갈륨(GaN) 또는 밴드갭이 약 3.2eV인 탄화 실리콘(SiC)를 사용하는 파워 디바이스의 개발이 중점적으로 행해지고 있다.
반면에, 우주선(cosmic ray), 자동차, 및 열로부터 생성되는 노이즈에 기인한 전자 디바이스의 에러 및 트러블은 심각한 문제점이다. 노이즈 또는 열을 수반하는 심각한 환경에 견디는 소위 부환경(hostile environment) 디바이스는 넓은 밴드갭을 갖는 반도체로 제조 되어야 한다는 것이 명백해 졌다. GaN 또는 SiC을 이용하는 전자 디바이스는 이러한 관점으로부터 발전되었다. 그러나, GaN 또는 SiC으로 이루어진 전자 디바이스를 실현하기 위해 해결되어야 할 많은 문제들이 있다.
가장 심각한 문제점은 질소의 평형 증기압이 갈륨에 비해 매우 높기 때문에 벌크 결정(bulk crystal)이 얻어지지 않는다는 점이다. 따라서, 사파이어 또는 탄화 실리콘(Sic)으로 구성되는 기판이 사용된다. 사파이어와 GaN 사이에 16%의 격자 부정합이 있기 때문에 GaN은 사파이어상에 직접 형성될 수 없다. 따라서, 질화 알미늄(AlN)으로 구성된 버퍼층이 GaN의 성장 이전에 사파이어 기판상에 형성된다. 불순물을 AlN에 도핑하기가 용이하지 않기 때문에 AlN은 저항성이 있다. 바이폴러 트랜지스터 및 사이리스터 등의 다층 반도체를 포함하는 디바이스에 사파이어 기판을 사용하는 것은 그 구조 및 제조 공정에 유익하지 못하다. 반면에, SiC 기판은 SiC의 벌크 결정이 2200 ~ 2400℃의 매우 고온에서 성장되기 때문에 비용이 고가이다. SiC 기판 또는 SiC 디바이스를 사용하는 GaN 디바이스는 매우 고가이다.
제 2의 심각한 문제점은 GaN 또는 SiC층이 형성되는 온도 보다 더 낮은 온도에서 성장될 수 있는 신규의 디바이스를 실현하는 것이다. 1000℃ 보다 더 높은 온도에서 GaN 또는 SiC의 층을 형성하는 것이 필요하다. 고온에서 반도체 층을 형성하는데는 많은 에너지가 필요하다. 또한, 원자들이 층들 사이에서 이동하고, 조성이 분산되거나 도팬트가 층들 사이의 계면 근처에서 이동할 가능성이 있다.
본 발명은 디바이스의 적어도 일부에 고순도 산화 몰리브덴을 포함하는 전자 디바이스를 목적으로 한다.
바이폴러 트랜지스터, 전계 효과 트랜지스터, 및 사이리스터 등의 본 발명에 따른 디바이스는 내전압을 갖는다. 본 발명은 또한 고순도 산화 몰리브덴으로 구성된 부환경(hostile environment) 전자 디바이스를 목적으로 한다.
본 발명에 따른 디바이스는 GaN 및 SiC 디바이스가 제조되는 온도인 1000℃ 보다 낮은 700℃ 정도의 비교적 저온에서 제조 될 수 있다.
본 발명의 양호한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 이하에서 상세히 기술될 것이다.
위에서 언급된 문제들은 전계 효과 트랜지스터, 바이폴러 트랜지스터, 및 사이리스터 등의 전자 디바이스의 적어도 일부로서 고순도 산화 몰리브덴을 사용함으로써 해결되었다.
촉매에 대해 산화 몰리브덴이 연구되었고 그 성질이 예컨대 이하의 논문에 도시되어 있다; Mratin Lerch, Reinhard Schmacker, Robert Schlogl, "In situ Resonace Raman Studies of Molybdenum Oxide Based Selective Oxidation Catalysts" Fachbereich Cheme der Technischen Universitat Berlin zur Erlangung des akademischen Grades, Marz 2001, Berlin.
상기 논문은 본 명세서의 참조 문헌으로서 포함되어 있다. 그러나, 전계 효과 트랜지스터, 바이폴러 트랜지스터, 및 사이리스터 등의 전자 디바이스에 대한 산화 몰리브덴의 응용은 상기 논문에 제안되어 있지 않다. 산화 몰리브덴의 밴드갭은 상기 논문의 8페이지에 2.9 ~ 3. 15eV라고 언급되어 있지만, 전자 디바이스에서 산화 몰리브덴을 사용함으로써 얻어진 효과는 어디에도 언급되어 있지 않다. 상기 2.9 ~ 3. 15eV의 밴드갭은 진공에서 스퍼터링, 또는 디포지션 등의 물리적인 방법으로 형성된 산화 몰리브덴에 대한 결과이다. 또한, 산화 몰리브덴 샘플의 순도는 상기 논문에 표시되어 있지 않다. 보통, 전자 디바이스에 사용되는 반도체 디바이스 재료는 고순도 결정이고 그 밴드갭은 상기와 같은 결정에 대해 측정된다. 그러나, 상기 논문에 나타난 밴드갭은 산화 몰리브덴이 상기 논문에 촉매로서 고려되고 있기 때문에 진공에서 디포지션에 의해 형성된 산화 몰리브덴의 밴드갭이다. 디포지션에 의해 형성된 재료는 통상 비정질이고 상기 재료는 무질서한 구조를 갖는다는 것이 본 분야의 당업자에게는 공지되어 있다. 또한, 진공에서 디포지션에 의해 형성된 막의 두께는 통상 100nm 정도로서 얇고 1㎛의 두께는 너무 두꺼워 진공에서 디포지션에 의해 형성되지 않는다. 두께가 100nm 정도로 얇으면, 막의 밴드갭 등의 성질은 기판에 의해 영향을 받고 막의 두께 또는 기판의 재료에 따라 변화한다. 상 기에 나타난 밴드갭은 얇은 두께를 갖는 상기와 같은 막에 관하여 얻어졌고 상기 밴드갭은 1㎛ 정도의 두꺼운 두께를 갖는 결정질 산화 몰리브덴에 고유한 밴드갭과 반드시 동일하지 않다. 밴드갭이 위에서 기술된 논문에서 100nm 보다 더 두꺼운 두께를 갖는 결정질 산화 몰리브덴에 대해 측정되지 않았던 이유는 여러 트랜지스터 및 사이리스터 등의 전자 디바이스에 대한 산화 몰리브덴의 응용이 상기 논문에서는 의도되지 않았기 때문이다.
본 발명의 발명자는 순도 99.9995%의 산소 분위기에서 순도 99.99%의 몰리브덴 플레이트의 산화에 의해 형성된 산화 몰리브덴의 성질을 측정하였다. 도 1은 120분 동안 550℃에서 몰리브덴 플레이트의 산화에 의해 형성된 산화 몰리브덴의 광 반사 특성을 도시한다. 상기 산화 몰리브덴의 두께는 10,2㎛이었다. 흡수가 시작되는, 즉 도 1에 도시된 스펙트라를 외삽(extrapolating)함으로써 얻어진 반사가 0일 때의 가장 긴 파장은 산화 몰리브덴의 밴드갭을 부여한다. 388nm 보다 더 짧은 파장을 갖는 광은 상기 샘플에 흡수되었다. 그 의미는 상기 샘플의 밴드갭이 3. 66eV이었다라는 것을 뜻한다. 샘플의 두께가 10.2㎛였기 때문에, 기판에 대한 영향이 없었고, 밴드갭의 값은 산화 몰리브덴에 하나의 고유한 것임에 틀림이 없다. 3.66eV의 밴드갭의 값이 상기 논문에서 Martin Lerch 등에 의해 보고된 2.9 ~ 3.15eV 보다 더 큰 이유는 이하와 같다고 생각된다. 본 분야에서 진공에서 디포지션에 의해 형성된 막과 같이 무질서한 구조를 갖는 재료는 에너지 밴드 구조의 금지 영역에서 소위 밴드 테일(band tail)을 형성하고 그 유효 밴드갭이 감소한다는 것이 공지되어 있다. Martin Lerch 등에 의해 보고된 값은 무질서한 구조를 갖는 샘플에 대해 얻어졌다. 반면에, 본 발명자에 의해 얻어진 값은 고순도 결정질 산화 몰리브덴에 대해 얻어진 것이다. 따라서, 본 발명자에 의해 측정된 밴드갭의 값은 Martin Lerch 등에 의해 보고된 것 보다 더 크다. 이하의 데이터는 본 발명자에 의해 얻어진 고순도 결정질 산화 몰리브덴에 대한 결과를 상세히 도시한다.
도 2는 라만 산란 스펙트라(Raman scattering spectra)를 도시하고 도 3은 산화 몰리브덴이 450 내지 650℃의 온도에서 산화에 의해 얻어졌다는 것을 제외하고는 도 1에 도시된 것과 유사한 방법으로 형성된 산화 몰리브덴으로부터의 X-레이 회절 스펙트라를 도시한다. 도 2 및 3에 도시된 스펙트라는 산화 몰리브덴의 주성분이 MoO3이었다는 것을 의미한다. 그러나, 다른 성분이 검출 한계에 포함되어 있다는 것도 가능하다. 도 1에 대해 기술된 바와 같은 광 반사 스펙트라로부터 얻어진 밴드갭은 450~ 650℃에서 형성된 산화 몰리브덴에 대해 3.45 ~ 3.85eV 이었다. 밴드갭은 결정인가 또는 비정질인가, 결정의 무질서, 동일한 성분을 갖는 재료가 다결정질이면 결정질 입자의 크기, 또는 스트레인(strain)과 같은 구성에 의해 영향을 받는다. 따라서, MoO3의 성분을 갖는 산화 몰리브덴은 3.45 ~ 3.85eV의 밴드갭을 항상 갖지 않는다는 것을 주목하여야 한다. 다른 말로 하면, 3.45 ~ 3.85eV의 밴드갭은 성분 뿐만 아니라 구성 및 스트레인에 의존한다는 점이다. 도 3에 도시된 스펙트라는 날카로운 피크(peak)로 구성되고, 이는 샘플이 순순한 결정이라는 것을 의미한다. 더욱이, 보다 큰 밴드갭이 결정의 품질을 보다 양호하게 함으로써 얻어질 가능성도 있다.
도 4는 광 반사 특성이 도 1에 도시되어 있는 산화 몰리브덴의 전기 저항의 온도 의존성을 도시한다. 도면에 도시된 바와 같이, 저항은 온도의 증가에 따라 감소된다. 이는 캐리어 밀도가 온도의 증가에 따라 증가한다는 것을 의미하고 이는 단지 반도체만이 나타내는 현상이다. 즉, 저항에 반비례하는 전도성은 캐리어 밀도 및 캐리어 이동성에 의해 결정된다. 캐리어 이동성은 격자 진동의 영향이 온도에 따라 증가하기 때문에 온도의 증가에 따라 감소된다. 따라서, 캐리어 밀도가 금속 또는 절연 재료와 같이 온도에 따라 증가하지 않는다면, 전도성은 온도의 증가에 따라 감소하고 저항은 증가할 것이다. 도 4는 도 1과 같이 산화 몰리브덴이 반도체라는 것을 나타낸다.
상술한 바와 같이, 결정질 산화 몰리브덴은 650℃ 보다 더 낮은 온도에서 몰리브덴 플레이트를 산화함으로써 얻어진다. 고품질 산화 몰리브덴층은 몰리브덴 플레이트의 산화에 의해 형성된 산화 몰리브덴상에 예컨대 기상 디포지션에 의해 산화 몰리브덴상에 이전에 성장된 산화 몰리브덴의 버퍼층상에 예컨대, 기상 성장법에 의해 성장될 수 있다. 산화 몰리브덴의 기상 성장법은 650℃ 보다 더 낮은 온도에서 특허에 적용될 수 있는 방법에 의해 행해진다. 따라서, 산화 몰리브덴을 사용하는 발광 디바이스는 근본적으로 몰리브덴 플레이트를 사용하여 650℃ 보다 더 낮은 온도에서 제조될 수 있다. 알루미늄(Al) 결정 또는 황화 아연(ZnS) 등의 다른 재료가 기판으로 사용될 수 있다. 산화 몰리브덴과 알루미늄 사이 및 산화 몰리브덴과 황화 아연 사이의 격자 부정합은 2.0% 및 3.1%이다. 상기 값들은 사파이어와 질화 갈륨 사이의 격자 부정합 16% 보다 훨씬 낮다. 고가의 기판을 사용하고 매우 고온에서 성장되고 구조 및 제조 공정이 복잡한 현재의 GaN 또는 SiC 전자 디바이스에 수반하는 문제점들은 근본적으로 산화 몰리브덴을 사용하는 전자 디바이스 및 GaN으로 구성된 디바이스 보다 더 높은 내전압을 갖는 디바이스를 형성함으로써 해결되었고, 및 부환경(hostile environment) 전자 디바이스가 실현된다. 또한, 산화 몰리브덴은 예컨대 불순물의 도핑에 의해 밴드갭을 제어함으로써, 작은 밴드갭이 바람직한 디바이스를 형성하는데 사용된다.
본 발명은 3.45eV 보다 더 큰 밴드갭을 갖는 고순도 산화 몰리브덴으로 적어도 일부가 구성된 전자 디바이스에 관한 것이다. 상기 디바이스는 저항 디바이스, 다이오드, 트랜지스터, 홀 효과(Hall effect) 디바이스, 서미스터, 바리스터, 사이리스터, 및 메모리 디바이스를 포함한다.
도 5는 본 발명의 제 1의 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터(100)의 구성을 개략적으로 도시한다. 상기 도면에 있어서, 기판(101)은 몰리브덴으로 이루어지고 전도성이다. 그러나, 다른 재료도 기판으로서 사용될 수 있다. 상기 기판(101)의 표면 영역을 산화함으로써 형성된 산화 몰리브덴으로 이루어진 층(102)은 상기 기판(101)상에 형성된다. 상기 층(102)은 순도 99.995%의 산소 분위기에서 550℃의 온도로 60분 동안 상기 기판(100)의 산화에 의해 형성되었다. 상기 층(102)의 두께는 6.0㎛이다. 버퍼층(103)은 상기 층(102)에서의 무질서를 제한하도록 상기 층(102)상에 형성된다. 상기 무질서가 발생하는 원인은 상기 층(102) 및 상기 기판(101)의 조성이 상이하기 때문이다. 상기 층(103)은 예컨대 기상 성장법에 의해 형성되고 그 두께는 4.0㎛이다. 상기 층(103)은 의도적으로 도핑되지 않았고 캐리어 농도가 1×1014cm-3보다 더 적은 고저항층이다. 디바이스의 특성을 가능한 양호하게 할 필요가 없는 경우에 상기 버퍼층(103)을 형성할 필요는 없다. 상기 층(103)상에, 품질이 보다 양호한 n형 산화 몰리브덴의 층(104)이 형성된다. 산화 몰리브덴으로 이루어진 상기 층(104)은 예컨대 630℃에서 기상 디포지션에 의해 형성도고 캐리어 농도는 3×1017cm-3이고 그 두께는 2.0㎛이다. 비록, 상기 층(104)은 의도적으로 도핑되지 않았지만, 산소의 빈자리는 도너(doner)로서 작용한다고 생각된다. 플라티늄(platinum) 및 금의 2중층으로 이루어진 숏트키 전극(110)은 전계 효과 트랜지스터(100)의 게이트로서 상기 층(104)상에 형성된다. 상기 층(104)은 채널이다. 상기 층(104)상에, 소스(111) 및 드레인(112) 전극들이 형성된다. 전극은 금/티타늄/금의 3중층이다.
게이트 길이가 2.5㎛, 게이트 폭이 100㎛라는 것을 가정한 시뮬레이션에 의해, 전계 효과 트랜지스터는 최대 상호 콘덕턴스가 30mS/mm인 뛰어란 특성을 갖는다는 것이 도시된다. 도 6은 시뮬레이션에 의해 얻어진 500℃에서 전류-전압 특성을 도시한다. 또한, 100V 보다 더 큰 안정적인 내전압을 갖는다는 것이 도시된다. 시뮬레이션에서 산화 몰리브덴의 밴드갭은 3.75eV라고 가정되었다. 상기에 도시된 결과가 의미하는 것은 높은 내전압을 갖는 전계 효과 트랜지스터 및 뛰어난 부환경 전계 효과 트랜지스터는 고순도 산화 몰리브덴을 사용함으로써 고가의 기판을 사용하지 않고 고온에서 제조하지 않고도 실시될 수 있다는 점이다.
도 7은 본 발명의 제 2의 실시예에 따른 바이폴러 트랜지스터(200)의 개략도 이다. 산화 몰리브덴으로 이루어진 상기 바이폴러 트랜지스터(200)는 기판(201)의 일부를 산화함에 의해 형성된다. 층(202)은 순도 99.9995%의 산소 분위기에서 60분 동안 550℃의 온도로 순도 99.99%의 몰리브덴의 플레이트를 산화함으로서 형성되었고 그 두께는 6.0㎛이었다. 산화 몰리브덴으로 이루어진 버퍼층(203)은 상기 층(202)상에 형성된다. 상기 버퍼층(203)은 예컨대 기상 디포지션에 의해 형성되고 그 두께는 4.0㎛이다. 상기 버퍼층(203)은 의도적으로 도핑되지 않았지만 n형인데 그 이유는 비교적 고온인 630℃에서 성장되었고 산소의 빈자리는 도너의 기능을 하기 때문이다. n형 산화 몰리브덴으로 이루어진 층(204)은 상기 버퍼층(203)상에 형성된다. 상기 층(204)은 캐리어 농도가 6×1016cm-3이고 그 두께는 450nm이다. 상기층은 상기 바이폴러 트랜지스터(200)의 컬렉터로서 기능한다. 상기 층(204)은 예컨대 600℃에서 기상 디포지션에 의해 형성된다. 상기 층(204)은 상기 버퍼층(203)이 있기 때문에 상기 버퍼층(203)보다 결함이 더 적다. 마그네슘으로 2×1017cm-3의 캐리어 농도까지 도핑되고 그 두께가 350nm인 p형 산화 몰리브덴의 층(205)층은 상기 층(204)상에 형성된다. 상기 층(205)은 상기 바이폴러 트랜지스터(200)의 베이스의 기능을 한다. 캐리어 농도가 3×1017cm-3이고 그 두께가 400nm인 n형 산화 몰리브덴으로 이루어진 층(206)은 상기 층(205)상에 형성된다. 상기 층(206)은 상기 바이폴로 트랜지스터(200)의 에미터로서 기능한다. 도 7에 도시된 바와 같이, p형 산화 몰리브덴층(205)은 컬렉터 전극(210)이 상기 컬렉터층(204)상에 형성되도록 주변 영역을 제외한 컬렉터층(204)상에 형성된다. 이와 유사하게, 에미터층(206)은 베이 스 전극(211)이 상기 베이스층(205)상에 형성될 수 있도록 주변 영역을 제외한 베이스층(205)상에 형성된다. 에미터 전극(212)은 에미터층(206)상에 형성된다. 컬렉터(210) 및 에미터(212) 전극들은 알루미늄/티타늄의 2중층으로 이루어지고 베이스 전극(211)은 니켈/티타늄/금의 3중층으로 구성된다.
도 8은 도 7에 그 구성이 도시된 바이폴러 트랜지스터에 대한 시물레이션에 의해 의해 얻어진 500℃에서의 전류-전압 특성을 도시한다. 도 8에 도시된 특성은 산화 몰리브덴으로 형성된 바이폴러 트랜지스터는 500℃ 등의 고온에서 작용한다는 것을 의미한다. GaN으로 구성된 바이폴러 트랜지스터는 300℃에서 작용한다고 알려져 있다. 그러나, 산화 몰리브덴으로 구성된 바이폴러 트랜지스터는 보다 더 고온에서 작용한다. 더욱이 상기 트랜지스터는 고가의 기판 및 1000℃ 보다 더 고온의 제조 공정을 필요로 하지 않는다.
도 9는 본 발명의 제 3의 실시예에 따른 사이리스터(300)의 구성을 도시하는 개략도이다. 기능상 필수적인 소자들만이 도 9에 도시된다. 상기 사이리스터(300)는 기판(301), 및 상기 기판의 일부를 산화함으로써 형성된 산화 몰리브덴으로 구성된 층(302)을 포함한다. 상기 층(302)은 순도 99.9995%의 산소 분위기에서 60분 동안 550℃의 온도로 순도 99.99%의 몰리브덴 플레이트를 산화함으로서 형성되었다. 상기 층(302)의 두께는 6.0㎛이고 고저항성이다. 버퍼층(303)층은 예컨대, 550℃에서 기상 디포지션에 의해 형성된다. 상기 버퍼층(303)은 상기 층(302)상에 형성된다. 상기 버퍼층(303)은 예컨대, 550℃에서 기상 디포지션에 의해 형성된다. 상기 층(303)은 두께가 4.0㎛이고 고저항성이다. p형 산화 몰리브덴으로 이루어진 층(304)은 상기 버퍼층(303)상에 형성된다. 상기 층(304)은 예컨대 기상 디포지션에 의해 형성된다. 상기 층은 마그네슘으로 7×1017cm-3의 홀 농도까지 도핑되고 그 두께는 50nm이다. n형 산화 몰리브덴으로 이루어진 층(305)은 그 주변 영역을 제외하고 상기 층(304)상에 형성된다. 상기 층(305)은 예컨대 기상 디포지션에 의해 형성된다. 상기 층은 의도적으로 도핑되지 않았지만 580℃에서 형성함으로써 2×1016cm-3의 전자 농도를 갖는다. 그 두께는 160nm이다. p형 산화 몰리브덴으로 이루어진 층(306)은 상기 층(305)상에 형성된다. 상기 층(306)은 예컨대 마그네슘으로 7×1016cm-3의 홀 농도까지 도핑된다. 그 두께는 80nm이다. n형의 산화 몰리브덴으로 이루어진 층(307)은 그 주변 영역을 제외한 상기 층(306)상에서 성장된다. 상기 층(307)은 예컨대 630℃에서 기상 디포지션에 의해 형성된다. 상기층은 전자 농도가 3×1016cm-3이고 그 두께는 60nm이다. 음극(cathode) 전극(311)은 상기 층(307)상에 형성된다. 게이트 전극(312)은 상기 층(306)의 주변의 노출된 영역상에 형성되고, 양극(anode) 전극(313)은 상기 층(304)의 주변 영역상에 형성된다. 게이트(312) 및 양극(313) 전극은 니켈/티타늄/금의 3중층으로 구성되고 상기 음극 전극(311)은 알루미늄/ 티타늄의 2중층으로 구성된다.
산화 몰리브덴은 3.75eV의 밴드갭을 갖는다는 가정을 하고 도 9에 그 구성이 도시된 사이리스터에 대한 시뮬레이션은, 반복적인 OFF 상태 전압이 5200V이고, 제어 가능한 ON 상태 전류가 5000A였다는 것을 보여준다. 본 분야에서는 SiC로 형성 된 대부분 동일한 구성을 갖는 사이리스터는 반복적인 OFF 상태 전압이 4500V이고 제어 가능한 ON 상태 전류가 4000A라는 것이 공지되어 있다. 따라서 산화 몰리브덴으로 구성된 사이리스터는 SiC로 이루어진 사이리스터에 비해서 뛰어난 특성을 갖는다. GaN으로 구성된 사이리스터에 대한 보고는 아직 없다.
도 10은 도 9에 도시된 사이리스터에 대한 시뮬레이션에 의해 얻어진 ON 상태 저항과 내전압 사이이 관계를 도시한다. 라인(1001)은 3.75eV의 밴드갭을 갖는 산화 몰리브덴으로 형성된 사이리스터에 대한 관계를 도시하고, 라인(1002)은 SiC 디바이스에 대한 관계를 도시하고, 라인(1003)은 Si 디바이스에 대한 관계를 도시한다. 도 10에 도시된 결과는, Si 또는 SiC로 형성된 사이리스터의 특성에 비해 훨씬 뛰어난 특성을 갖는 사이리스터가 산화 몰리브덴을 사용하여 획득될 수 있다는 것을 의미한다. 즉, 공지의 사이리스터의 특성 보다 훨씬 더 뛰어난 특성을 갖는 사이리스터가 고가의 기판 및 고온에서의 제조 공정을 사용하지 않고 획득될 수 있다.
npnp형 전도층들 음극 전극이 형성되는 상층으로부터 도 9에 도시된 바닥까지 형성되는 구성이지만, pnpn형 전도층이 상층으로부터 바닥층까지 포함되는 구성일 수 있다.
2개의 pn 접합을 포함하는 바이폴러 트랜지스터가 달성된다면, 하나의 pn 접합을 포함하는 다이오드가 형성될 수 있다는 것은 자명하다. 따라서, pn 접합 다이오드 또한 본 발명의 범위내에 포함된다.
본 발명에 따르면, 바이폴러 트랜지스터, 전계 효과 트랜지스터, 및 사이리스터 등의 본 발명에 따른 디바이스는 내전압을 갖는다. 본 발명은 또한 고순도 산화 몰리브덴으로 구성된 부환경(hostile environment) 전자 디바이스를 형성할 수 있다. 본 발명에 따른 디바이스는 GaN 및 SiC 디바이스가 제조되는 온도인 1000℃ 보다 낮은 700℃ 정도의 비교적 저온에서 제조 될 수 있다.
지금까지 본 발명의 상세한 설명이 트랜지스터 및 사이리스터를 포함하는 몇몇 실시예를 참조하여 기술되었다. 그러나, 본 발명의 본질은 상기 디바이스들에 한정되지 않는다. 본 발명의 장점은 고순도 산화 몰리브덴이 큰 밴드갭을 갖고 600℃의 비교적 저온에서 형성될 수 있다는 점으로부터 유래한다. 다양한 변형 실시예가 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 본 분야에서 실시될 수 있다. 상기 모든 변형 실시예는 본 발명의 범위 내에 포함된다.

Claims (17)

  1. 몰리브덴으로 구성된 기판과, 상기 기판의 일부를 산화시켜 형성되는 제 1의 층 및 상기 제 1의 층 상에 형성되며 MoO3의 조성을 갖는 적어도 한 층의 산화 몰리브덴층을 포함하는 반도체 전자 디바이스.
  2. 몰리브덴으로 구성된 기판과, 상기 기판의 일부를 산화시켜 형성되는 제 1의 층 및 상기 제 1의 층 상에 형성되며 MoO3의 조성을 갖는 한 층의 산화 몰리브덴층을 포함하며, 채널층이 상기 MoO3의 층을 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터.
  3. 몰리브덴으로 구성된 기판 및 상기 기판의 일부를 산화시켜 형성되는 제 1의 층을 포함하며, 상기 제 1의 층 상에 형성되며 MoO3의 조성을 갖는 한 층의 산화 몰리브덴층이 에미터, 베이스 또는 컬렉터의 적어도 한 영역에서 사용되는 것을 특징으로 하는 바이폴러 트랜지스터.
  4. 몰리브덴의 기판과; 상기 기판의 일부를 산화시켜 형성되는 제 1의 층; 및 상기 기판의 일부를 산화시켜 형성되는 상기 제 1의 층 상에 제 1의 p형 산화 몰리브덴층, 제 1의 n형 산화 몰리브덴층, 제 2의 p형 산화 몰리브덴층 및 제 2의 n형 산화 몰리브덴층을 순서대로 적층하여 구성되는 디바이스 구조를 포함하며,
    산화 몰리브덴층의 적어도 한 층은 MoO3의 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 사이리시터.
  5. 몰리브덴의 기판과; 상기 기판의 일부를 산화시켜 형성되는 제 1의 층; 및 상기 기판의 일부를 산화시켜 형성되는 상기 제 1의 층 상에 제 1의 n형 산화 몰리브덴층, 제 1의 p형 산화 몰리브덴층, 제 2의 n형 산화 몰리브덴층 및 제 2의 p형 산화 몰리브덴층을 순서대로 적층하여 구성되는 디바이스 구조를 포함하며,
    산화 몰리브덴층의 적어도 한 층은 MoO3의 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 사이리시터.
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