WO2023022453A1 - 강유전체 트랜지스터의 스위칭 전하 측정 방법 및 장치 - Google Patents

강유전체 트랜지스터의 스위칭 전하 측정 방법 및 장치 Download PDF

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WO2023022453A1
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voltage pulse
transistor
current
measuring
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남갑진
권기원
최병덕
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성균관대학교산학협력단
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    • H01L29/78391—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate the gate comprising a layer which is used for its ferroelectric properties

Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for measuring polarization charge of a ferroelectric transistor. More specifically, the present invention relates to a method and apparatus for measuring polarization charge of a ferroelectric transistor using a charge pumping method.
  • ferroelectric materials based on hafnium oxide have the characteristics of maintaining spontaneous polarization characteristics even in FinFET, 3D structure, and thickness of 10 nm or less, It has the advantage of being able to apply the existing HKMG CMOS mass production process.
  • FeFET ferroelectric field effect transistor
  • FeRAM ferroelectric random access memory
  • FTJ ferroelectric tunneling junction
  • NFET negative capacitance field effect transistor
  • a triangular pulse or PUND (positive up negative down) pulse is input to a ferroelectric transistor, the current for the input pulse is measured, and the PV (polarization-polarization- voltage) hysteresis curve can be configured.
  • the spontaneous polarization characteristics of the ferroelectric transistor such as switching charge, can be confirmed from the above-described PV hysteresis curve.
  • the PV hysteresis curve of a conventional ferroelectric transistor was measured in a two-terminal structure such as a metal-ferroelectric-metal (MFM) capacitor or a metal-ferroelectric-highly doped Si substrate (MFS+) capacitor.
  • MFM metal-ferroelectric-metal
  • MFS+ metal-ferroelectric-highly doped Si substrate
  • the problem to be solved by the present invention relates to a method for easily measuring the switching charge of a ferroelectric transistor, and provides a measuring device and method for measuring the switching charge of a ferroelectric transistor.
  • An apparatus for measuring switching charge includes a voltage applicator for applying a voltage pulse of a predetermined frequency to a gate of a transistor including a gate oxide, and in response to the voltage pulse, a well and A source measurement unit (SMU) for measuring an average DC current of at least one of between sources of the transistor and between a well and a drain of the transistor, and switching charge based on the measured average DC current It includes a processor that calculates, and the gate oxide may include a ferroelectric material.
  • the processor may calculate a value obtained by dividing the measured average DC current by the frequency of the input voltage pulse as the switching charge.
  • the voltage application unit may apply the voltage pulse having a frequency of 1 kHz or more and 100 MHz or less.
  • the voltage application unit may apply the voltage pulse having an absolute value of 0.1V or more and 20V or less.
  • the ferroelectric material may be hafnium oxide (HfO2) or zirconia (ZrO2) material.
  • the ferroelectric material may have a thickness of 0.1 nm or more and 100 nm or less.
  • a method for measuring switching charge of a transistor includes applying a voltage pulse having a predetermined frequency to a gate of the transistor; measuring an average DC current between at least one of a well of the transistor and a source of the transistor or between a well and a drain of the transistor in response to the voltage pulse; and calculating switching charge based on the measured average DC current, wherein the gate oxide may include a ferroelectric material.
  • a computer readable recording medium is a computer readable recording medium storing a computer program, wherein the computer program performs a method of measuring switching charge of a transistor including a gate oxide by a processor. It may contain commands to do so.
  • a method of measuring switching charge of a transistor including a gate oxide including a ferroelectric material includes applying a voltage pulse having a predetermined frequency to a gate of the transistor; measuring an average DC current between at least one of a well of the transistor and a source of the transistor or between a well and a drain of the transistor in response to the voltage pulse; and calculating switching charge based on the measured average DC current.
  • switching charge of a ferroelectric transistor can be conveniently measured using a method of measuring current in a charge pumping technique.
  • a source measurement unit SMU
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a switching charge measuring device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 shows the structure of a FeFET device including a ferroelectric material.
  • FIG 3 shows an input voltage pulse of a transistor according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a graph showing the number of charges as an output current value according to an input peak voltage according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a block diagram illustrating a switching charge measuring device in terms of hardware according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a flowchart of a switching charge measurement method according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a switching charge measuring device according to an embodiment of the present invention.
  • the switching charge measuring device 100 may include a voltage pulse applying unit 110 , a current measuring unit 120 and a switching charge calculating unit 130 .
  • the switch charge measurement apparatus 100 applies a voltage pulse to the transistor and measures an average direct current in response to the voltage pulse to calculate the switching charge. .
  • Existing switching charge measurement methods are configured to calculate switching charge by applying a triangular pulse or PUND pulse to a transistor including a ferroelectric material, measuring an alternating current in response, and then integrating a PV hysteresis curve using the same. .
  • the switch charge measurement apparatus 100 measures the average DC current output in response to the input voltage pulse, and divides the output average DC current by the frequency of the voltage pulse to calculate the switching charge. can be computed. In this way, the switching charge of the transistor including the ferroelectric material can be confirmed by simply calculating the average DC current and the frequency of the voltage pulse.
  • FeFET ferroelectric field-effect transistor
  • the FeFET device 200 includes a gate electrode 201, a gate oxide 202 including ferroelectric and dielectric materials, a source electrode 203, and a drain. It may include an electrode 204 and a well 205 .
  • the transistor can be turned on or off even without an electrical bias due to permanent spontaneous polarization characteristics of the ferroelectric material FE.
  • the spontaneous polarization characteristics of the FeFET device 200 can be confirmed through switching charges. It can be seen that the larger the size of the switching charge, the better the spontaneous polarization characteristic of the ferroelectric, and the smaller the size of the switching charge, the less well the spontaneous polarization characteristic of the ferroelectric.
  • the ferroelectric material (FE) included in the gate oxide according to an embodiment of the present invention may be hafnium oxide (HfO2) or zirconia (ZrO2) material.
  • the ferroelectric layer including the ferroelectric material preferably has a thickness of 0.1 nm or more and 100 nm or less.
  • FIG. 3 is a diagram showing an input voltage pulse of a transistor according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3(a) shows an input voltage pulse applied in a charge pumping method according to an embodiment of the present invention.
  • 3(b) shows an input voltage pulse according to another embodiment of the present invention.
  • the voltage pulse application unit 110 may input a periodic pulse to the gate terminal 210 of the FeFET device 200, and the current measuring unit 120 may To measure the current between the well terminal 230 and the source 203 or between the well terminal 230 and the drain 204 of ), the terminal 220 connecting the source 203 and the drain 204 and the well An average DC current may be measured using 3-terminals between the terminals 230 .
  • the charge pumping method is a method of measuring the interface trap density of a MOSFET by inputting periodic voltage pulses to the gate of the MOSFET and measuring the DC current output from recombination of holes and electrons.
  • the voltage pulse applying unit 110 may apply the input voltage pulse as shown in (a) of FIG. 3 .
  • Vbase the lowest voltage of the applied input voltage pulse, can be set to fall below Vflatband, which is the voltage at which the current of the MOSFET is completely cut off, and the highest voltage of the input voltage pulse is the voltage at which the current flows in the channel containing the ferroelectric material. It can be set higher than the voltage Vthreshold voltage.
  • the voltage pulse application unit 110 applies the set voltage as described above, so that the MOSFET repeats ON-OFF, and the switching charge measuring device 100 measures the amount of charge trapped in the MOSFET. can measure
  • the voltage pulse applying unit 110 may apply a voltage pulse used in the charge pumping method as shown in (a) of FIG. 3 to the gate terminal 210 of the FeFET device 200 .
  • the voltage pulse applying unit 110 may adjust the size and period of the input voltage pulse according to conditions of the charge pumping method.
  • the voltage pulse application unit 110 may configure a voltage pulse of the form illustrated in (b) of FIG. 3 and apply the voltage pulse to the gate terminal 210 of the FeFET device 200 .
  • the voltage pulse of FIG. 3(b) may be a pulse adjusted according to conditions including the size and period of the input voltage pulse in the form of an input voltage pulse for drawing a conventional PV hysteresis curve.
  • the input voltage pulse applied to the gate terminal 210 by the voltage pulse application unit 110 may be a triangular or square pulse, and the input voltage pulse is 0.1 second or more and 10 It can be applied for less than a second.
  • the frequency of the input voltage pulse applied to the gate terminal 210 by the voltage pulse application unit 110 may be greater than or equal to 1 kHz and less than or equal to 100 MHz, and the height or size of the input voltage pulse may be in the range of ⁇ 0.1V to ⁇ 20V. can be set. That is, the absolute value of the input voltage pulse may be set to 0.1V or more and 20V or less.
  • the current measurement unit 120 can easily measure the average DC current.
  • the minimum value of the input voltage pulse is set to a value less than the negative coercive voltage, and the maximum value of the input voltage pulse is set to a value exceeding the positive coercive voltage. do.
  • the current measuring unit 120 measures an average output current corresponding to the voltage pulse.
  • the current measurement unit 120 is composed of a source measurement unit (SMU) rather than a waveform generator/fast measurement unit (WGFMU) or an oscilloscope that measures alternating current. it is desirable
  • AC measurement equipment including a WGFMU or an oscilloscope, which has been used to measure conventional switching charge, can measure the AC current at every point and draw a PV hysteresis curve accordingly, and integrate the PV curve as shown in Equation 1 below Switching charges involving ferroelectric materials could be measured.
  • the SMU may measure the switching charge by measuring the average DC current value.
  • Equation 1 Q may represent the amount of switching charge, and i may correspond to the current at each point in the PV hysteresis curve.
  • the switching charge calculation unit 130 may calculate the switching charge using the average DC current measured by the current measurement unit 120 . Specifically, the switching charge calculation unit 130 may calculate the switching charge of the FeFET device 200 by dividing the average DC current measured by the current measurement unit 120 by the product of the current and the frequency of the input voltage.
  • I may be the average DC current value measured by the current measuring unit 120
  • f may be the frequency of the input voltage
  • A may be Ampere
  • Q CP may be the switching charge of the FeFET device 200 calculated by the switching charge calculator 130.
  • the switching charge calculation unit 130 calculates the switching charge using the average DC current measured by the current measuring unit 120, the influence of noise is minimized even when a small amount of current is measured. can be lowered, allowing for more accurate measurement of the switching charge.
  • the switching charge calculator 130 does not require an integration operation and only performs division, the switching charge can be measured through a simpler operation.
  • FIG. 4 is a graph in which the same input voltage pulse is applied to compare a conventional method and a charge pumping method according to an embodiment of the present invention.
  • the graph of FIG. 4 shows the number of charges per unit area (y-axis) with respect to the maximum value (Vpeak) of the applied input voltage pulse.
  • a PV hysteresis curve for AC current is constructed using a waveform generator/fast measurement unit (WGFMU) according to a conventional method, and the switching charge is confirmed by integrating the PV hysteresis curve, that is, a voltage pulse.
  • the number of charges per unit area (y-axis) for the maximum value (Vpeak) of is shown in Comparative Examples 1, 2, and 3 (401, 402, 403).
  • the voltage pulse application unit 110 according to an embodiment of the present invention applies the voltage of FIG.
  • the ferroelectric material FE of the FeFET device 200 may include hafnium oxide (HfO2) or zirconia (ZrO2).
  • Comparative Examples 1, 2, and 3 (401, 402, 403) and Examples 1, 2, and 3 (411, 412, 413) are compared, the switching charge measuring device 100 according to an embodiment of the present invention ), it can be seen that in Examples 1, 2, and 3 (411, 412, 413), more points are measured at the maximum value of the voltage pulse.
  • the ferroelectric material (FE) is a hafnium oxide or zirconia material
  • Examples 1, 2, and 3 (411, 412, 413) are comparable to Comparative Examples 1, 2, and 3 (401, 402, 403). In comparison, it can be confirmed that more points are accurately measured.
  • FIG. 5 is a block diagram illustrating a switching charge measuring device in terms of hardware according to an embodiment of the present invention.
  • the switching charge measurement device 100 includes a storage device 151 for storing at least one command, a processor 152 for executing at least one command of the storage device, and a transceiver 153 ), a voltage pulse applying device 154 and an SMU 155.
  • Each of the components 151 , 152 , 153 , 154 , and 155 included in the switching charge measuring device 100 may be connected by a data bus 156 to communicate with each other.
  • the storage device 151 may include at least one of a memory or a volatile storage medium and a non-volatile storage medium.
  • the storage device 151 may include at least one of a read only memory (ROM) and a random access memory (RAM).
  • the storage device 151 may further include at least one command to be executed by the processor 152 to be described later.
  • the processor 152 may be a central processing unit (CPU), a graphics processing unit (GPU), a micro controller unit (MCU), or a dedicated processor on which methods according to embodiments of the present invention are performed. can mean
  • the processor 152 may perform the function of the switching charge calculator 130 by at least one program command stored in the storage device 1510, and is in the form of one module. stored in memory and executed by the processor.
  • the transmitting/receiving device 153 may be connected to an external device wirelessly or wired to transmit a result value measured or calculated or to receive information required to calculate switching charge.
  • the voltage pulse application device 154 performs the function of the voltage pulse application unit 110 and may apply a voltage pulse to a transistor including a ferroelectric material.
  • the voltage pulse application device 154 is expressed as being present in the switching charge measuring device 100, but may exist as a separate device and is not limited thereto.
  • the voltage pulse applying device 154 may include any type of signal generator capable of applying a voltage to a transistor.
  • the SMU 155 performs the function of the current measuring unit 120 and may refer to an electronic device capable of sourcing and measuring at the same time.
  • the SMU may transmit the measured result value to the processor 152 or an external device using the data bus 156 or the transceiver 153.
  • FIG. 6 is a flowchart of a switching charge measurement method according to another embodiment of the present invention.
  • the voltage pulse application unit 110 in the switching charge measuring device 100 may apply an input voltage pulse to the gate 210 of a transistor including a ferroelectric material (FE). Yes (S100).
  • the input voltage pulse applied by the voltage pulse application unit 110 may be a triangular or rectangular pulse, and may be applied for a duration of 0.1 seconds or more and 10 seconds or less.
  • the frequency of the input voltage pulse applied by the voltage pulse application unit 110 may be greater than or equal to 1 kHz and less than or equal to 100 MHz, and the height or magnitude of the absolute value of the input voltage pulse may be greater than or equal to 0.1 V and less than or equal to 20 V.
  • the minimum value of the input voltage pulse is set to a value less than the negative coercive voltage, and the maximum value of the input voltage pulse is set to a value exceeding the positive coercive voltage. desirable.
  • the ferroelectric material included in the gate oxide of the transistor including the ferroelectric material (FE) may be hafnium oxide (HfO2) or zirconia (ZrO2) material.
  • the ferroelectric layer including the ferroelectric material preferably has a thickness of 0.1 nm or more and 100 nm or less.
  • the current measurement unit 120 may measure an average DC current between the well and the source/drain of the transistor including the ferroelectric material (FE) as an output current corresponding to the input voltage pulse (S200).
  • the switching charge calculation unit 130 may calculate the switching charge of the transistor including the ferroelectric material (FE) (S300).
  • a user can measure the switching charge of a transistor including an accurately calculated ferroelectric material (FE) compared to the conventional method of measuring switching charge, and by using this, the characteristics of the device can be measured. easy and accurate to understand.
  • FE ferroelectric material
  • Combinations of each block of the block diagram and each step of the flowchart accompanying the present invention may be performed by computer program instructions. Since these computer program instructions may be loaded into an encoding processor of a general-purpose computer, special-purpose computer, or other programmable data processing equipment, the instructions executed by the encoding processor of the computer or other programmable data processing equipment are each block or block diagram of the block diagram. Each step in the flow chart creates means for performing the functions described.
  • These computer program instructions may also be stored in a computer usable or computer readable memory that can be directed to a computer or other programmable data processing equipment to implement functionality in a particular way, such that the computer usable or computer readable memory It is also possible for the instructions stored in to produce an article of manufacture containing instruction means for performing the function described in each block of the block diagram or each step of the flow chart.
  • the computer program instructions can also be loaded on a computer or other programmable data processing equipment, so that a series of operational steps are performed on the computer or other programmable data processing equipment to create a computer-executed process to generate computer or other programmable data processing equipment. It is also possible that the instructions performing the processing equipment provide steps for executing the functions described in each block of the block diagram and each step of the flowchart.
  • each block or each step may represent a module, segment or portion of code that includes one or more executable instructions for executing specified logical function(s). It should also be noted that in some alternative embodiments, it is possible for the functions recited in blocks or steps to occur out of order. For example, two blocks or steps shown in succession may in fact be performed substantially concurrently, or the blocks or steps may sometimes be performed in reverse order depending on their function.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 전하 측정장치는 게이트 산화물을 포함하는 트랜지스터의 게이트에 미리 정해진 주파수의 전압 펄스를 인가하는 전압 인가부, 전압 펄스에 응답하여, 트랜지스터의 웰(well)과 상기 트랜지스터의 소스(source)의 사이 및 트랜지스터의 웰과 드레인(drain)사이 중 적어도 어느 하나의 평균 직류 전류를 측정하는 SMU(source measure unit) 및 측정된 평균 직류 전류를 기초로 스위칭 전하를 계산하는 프로세서를 포함하며, 게이트 산화물은 강유전체를 포함할 수 있다.

Description

강유전체 트랜지스터의 스위칭 전하 측정 방법 및 장치
본 발명은 강유전체 트랜지스터의 편극 전하 측정 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 차지 펌핑 방법을 이용하여, 강유전체 트랜지스터의 편극 전하를 측정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
산화하프늄(HfO2)을 기반으로 하는 강유전체(ferroelectric) 물질은 종래 페로브스카이트 강유전체(perovskite ferroelectric)와는 달리 핀펫(FinFET), 3D구조, 10nm 이하의 두께에서도 자발분극 특성이 유지되는 특성이 있으므로, 기존의 HKMG CMOS 양산 공정을 적용할 수 있는 장점이 있다.
따라서, FeFET(ferroelectric field effect transistor), FeRAM(ferroelectric random access memory), FTJ(ferroelectric tunneling junction)와 같은 비휘발성 메모리나, NCFET(negative capacitance field effect transistor)와 같은 저전력 장치에 적용하기 위한 연구가 이루어지고 있다. 대표적으로 FeFET 소자는 강유전체 물질을 포함하고 있으므로, 강유전체 물질에 의해 영구적인 자발분극 특성을 나타낸다. 따라서, 강유전체 물질을 포함하는 FeFET 소자는 전기적 바이어스가 없더라도, 트랜지스터의 켜짐 또는 꺼짐 상태를 유지시킬 수 있다.
강유전체의 자발분극 특성을 확인하기 위하여, 일반적으로 삼각 펄스나 PUND(positive up negative down) 펄스를 강유전체 트랜지스터에 입력하고, 입력 펄스에 대한 전류를 측정하고, 이렇게 측정된 전류를 사용하여 PV(polarization-voltage) 이력 곡선을 구성할 수 있다. 그리고, 전술한 PV 이력 곡선로부터 스위칭 전하(switching charge)와 같은 강유전체 트랜지스터의 자발분극 특성을 확인할 수 있다.
종래 강유전체 트랜지스터의 PV 이력 곡선은 MFM(metal-ferroelectric-metal) 축전기나 MFS+(metal-ferroelectric-highly doped Si substrate) 축전기와 같이 2-terminal 구조에서 측정되었다.
FeFET이나 NCFET 과 같이 적게 도핑된 Si 판을 사용하는 MFS(metal-ferroelectric-low doped Si substrate) 구조에서 강유전체 트랜지스터의 PV 이력 곡선을 측정할 경우, 인가되는 외부전압이 Si 공핍(depletion)으로 인하여 강유전체층에 충분히 전달되지 않아 강유전체층의 스위칭(switching) 특성을 측정할 수 없는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 강유전체 트랜지스터의 스위칭 전하를 쉽게 측정하는 방법에 관한 것으로서, 강유전체 트랜지스터의 스위칭 전하를 측정하는 측정 장치 및 측정 방법을 제공하는 것이다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결하고자 하는 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 전하 측정장치는 게이트 산화물을 포함하는 트랜지스터의 게이트에 미리 정해진 주파수의 전압 펄스를 인가하는 전압 인가부, 상기 전압 펄스에 응답하여, 상기 트랜지스터의 웰(well)과 상기 트랜지스터의 소스(source)의 사이 및 상기 트랜지스터의 웰과 드레인(drain)사이 중 적어도 어느 하나의 평균 직류 전류를 측정하는 SMU(source measurement unit) 및 상기 측정된 평균 직류 전류를 기초로 스위칭 전하를 계산하는 프로세서를 포함하며, 상기 게이트 산화물은 강유전체 물질을 포함할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 측정된 평균 직류 전류를 상기 입력된 전압 펄스의 주파수로 나눈 값을 상기 스위칭 전하로 연산할 수 있다.
상기 전압 인가부는 1kHz이상이고 100MHz이하인 주파수를 갖는 상기 전압 펄스를 인가할 수 있다.
상기 전압 인가부는 절대값이 0.1V 이상이고 20V 이하인 상기 전압 펄스를 인가할 수 있다.
상기 강유전체 물질은, 산화하프늄(HfO2) 또는 지르코니아(ZrO2) 물질일 수 있다.
상기 강유전체 물질은, 0.1nm 이상이고 100nm 이하의 두께로 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 트랜지스터의 스위칭 전하 측정방법은 상기 트랜지스터의 게이트에 미리 정해진 주파수의 전압 펄스를 인가하는 단계; 상기 전압 펄스에 응답하여 상기 트랜지스터의 웰(well)과 상기 트랜지스터의 소스(source)의 사이 및 상기 트랜지스터의 웰과 드레인(drain)사이 중 적어도 어느 하나의의 평균 직류 전류를 측정하는 단계; 및 상기 측정된 평균 직류 전류를 기초로 스위칭 전하를 계산하는 단계를 포함하고, 상기 게이트 산화물은 강유전체 물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는, 컴퓨터 프로그램을 저장하고 있는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서, 상기 컴퓨터 프로그램은, 게이트 산화물을 포함하는 트랜지스터의 스위칭 전하를 측정하는 방법을 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함할 수 있다.
여기서, 강유전체 물질을 구비하는 게이트 산화물을 포함하는 트랜지스터의 스위칭 전하를 측정하는 방법은, 상기 트랜지스터의 게이트에 미리 정해진 주파수의 전압 펄스를 인가하는 단계; 상기 전압 펄스에 응답하여 상기 트랜지스터의 웰(well)과 상기 트랜지스터의 소스(source)의 사이 및 상기 트랜지스터의 웰과 드레인(drain)사이 중 적어도 어느 하나의의 평균 직류 전류를 측정하는 단계; 및 상기 측정된 평균 직류 전류를 기초로 스위칭 전하를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 차지펌핑(charge pumping)기법에서 전류를 측정하는 방법을 이용하여, 강유전체 트랜지스터의 스위칭 전하를 간편하게 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 낮은 입력전압에서도 스위칭 전하를 안정적으로 측정할 수 있으므로, 강유전체 트랜지스터의 특성을 쉽게 파악할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, SMU(source measurement unit)를 통하여 전류를 측정함으로써, oscilloscope를 사용하여 전류를 측정하는 것 보다 높은 레벨(level)의 전류를 측정할 수 있어 강유전체 스위칭 특성을 안정적으로 확인할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 전하 측정 장치를 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 2는 강유전체 물질을 포함하는 FeFET 소자의 구조를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 트랜지스터의 입력 전압 펄스를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 입력 피크 전압에 따른 출력 전류값으로 전하의 개수를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라, 스위칭 전하 측정 장치를 하드웨어적 측면에서 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위칭 전하 측정 방법의 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 전하 측정 장치를 설명하기 위한 블록 구성도이다.
스위칭 전하 측정 장치(100)는 전압 펄스 인가부(110), 전류 측정부(120)및 스위칭 차지 연산부(130)를 포함할 수 있다.
스위치 전하 측정 장치(100)는 강유전체(ferroelectric) 물질을 포함하는 트랜지스터의 스위칭 전하를 측정하기 위하여, 트랜지스터에 전압 펄스를 인가하고, 이에 대한 응답으로 평균 직류 전류를 측정하여 스위칭 전하를 연산할 수 있다.
기존의 스위칭 전하 측정 방법은, 강유전체 물질을 포함하는 트랜지스터에 삼각 펄스나 PUND 펄스를 인가하여 이에 대한 응답으로 교류 전류를 측정한 후, 이를 이용하여 PV 이력 곡선을 적분함으로써 스위칭 전하를 연산하도록 구성되었다. 이와 다르게, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 전하 측정 장치(100)는 입력된 전압 펄스의 응답으로 출력된 평균 직류 전류를 측정하고, 출력된 평균 직류 전류를 전압 펄스의 주파수로 나누어 스위칭 전하를 연산할 수 있다. 이와 같이, 평균 직류 전류와, 전압 펄스의 주파수를 사용한 단순한 연산만으로도 강유전체 물질을 포함하는 트랜지스터의 스위칭 전하를 확인할 수 있다.
도 2는 강유전체 물질을 포함하는 FeFET(ferroelectric field-effect transistor)트랜지스터의 구조를 나타낸다.
도 2를 참조하면, FeFET 소자(200)는 게이트(gate) 전극(electronode)(201), 강유전체와 유전체 물질을 포함하는 게이트 산화물(202), 소스(source) 전극(203), 드레인(drain) 전극(204) 및 웰(well)(205)을 포함할 수 있다.
FeFET 소자(200)는 강유전체 물질(FE)을 포함하고 있으므로, 강유전체 물질(FE)의 영구적인 자발 분극 특성으로 전기적 바이어스가 없더라도, 트랜지스터의 켜짐 또는 꺼짐 상태를 유지시킬 수 있다. 이러한 FeFET 소자(200)의 자발 분극 특성은 스위칭 전하를 통해 확인할 수 있다. 스위칭 전하의 크기가 클수록 강유전체의 자발 분극 특성이 더 잘 나타난다고 볼 수 있고, 스위칭 전하의 크기가 작을수록 강유전체의 자발 분극 특성이 잘 나타나지 않는다고 볼 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 게이트 산화물에 포함되는 강유전체 물질(FE)은 산화하프늄(HfO2) 또는 지르코니아(ZrO2) 물질일 수 있다.
나아가, 상기 강유전체 물질을 포함하는 강유전체 층은, 0.1nm 이상이고 100nm 이하의 두께로 이루어지는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 트랜지스터의 입력 전압 펄스를 나타내는 도면으로서, 도 3의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 차지 펌핑(charge pumping) 방법에서 인가되는 입력 전압 펄스를 나타내며, 도 3의 (b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 입력 전압 펄스를 타나낸다.
도 1 및 도 3을 더 참조하면, 전압 펄스 인가부(110)는 FeFET 소자(200)의 게이트 단자(210)에 주기적인 펄스를 입력 할 수 있고, 전류 측정부(120)는 FeFET 소자(200)의 웰 단자(230)와 소스(203) 사이 또는 웰 단자(230)와 드레인(204) 사이의 전류를 측정하기 위해, 소스(203)와 드레인(204)을 연결한 단자(220)와 웰 단자(230) 사이의 3-단말(3-terminal)을 이용하여 평균 직류 전류를 측정할 수 있다.
차지 펌핑 방법은 MOSFET의 게이트에 주기적인 전압 펄스를 입력하고 홀(hole)과 전자의 재결합 출력 직류 전류를 측정하여 MOSFET의 인터페이스 트랩 밀도를 측정하는 방법이다. 전술한 바를 고려하여, 전압 펄스 인가부(110)는 도 3의 (a)와 같은 입력 전압 펄스를 인가할 수 있다. 여기서, 인가되는 입력 전압 펄스의 최저 전압인 Vbase는 MOSFET의 전류가 완전히 끊기게 되는 전압인 Vflatband 이하로 내려가도록 설정될 수 있으며, 입력 전압 펄스의 최고 전압은 강유전체 물질을 포함하는 채널에 전류가 흐르게 되는 전압인 Vthreshold 전압 이상으로 설정될 수 있다. 차지 펌핑 방법에 기초하여, 전압 펄스 인가부(110)가 전술한 바와 같이 설정된 전압을 인가함으로써, MOSFET은 ON-OFF를 반복하게 되고, 스위칭 전하 측정 장치(100)는 MOSFET에 트랩된 전하의 양을 측정할 수 있다.
일 실시예에 따라, 전압 펄스 인가부(110)는 도 3의 (a)와 같은 차지 펌핑 방법에 사용되는 전압 펄스를 FeFET 소자(200)의 게이트 단자(210)에 인가할 수 있다.
또한, 다른 실시예에 따라, 전압 펄스 인가부(110)는 차지 펌핑 방법의 조건에 맞춰 입력 전압 펄스의 크기, 주기 등을 조정할 수 있다. 예컨대, 전압 펄스 인가부(110)는 도 3의 (b)에 예시되는 형태의 전압 펄스를 구성하여, FeFET 소자(200)의 게이트 단자(210)에 인가할 수 있다. 도 3의 (b)의 전압 펄스는 기존 PV 이력곡선을 그리기 위한 입력 전압 펄스의 형태로 입력 전압 펄스의 크기, 주기 등을 포함하는 조건에 맞춰 조정된 펄스 일 수 있다.
FeFET 소자(200)의 스위칭 전하를 측정하기 위해, 전압 펄스 인가부(110)가 게이트 단자(210)에 인가하는 입력 전압 펄스는 삼각 또는 사각 펄스 일 수 있고, 입력 전압 펄스를 0.1초 이상이고 10초 이하 동안 인가할 수 있다.
또한, 전압 펄스 인가부(110)가 게이트 단자(210)에 인가하는 입력 전압 펄스의 주파수는 1kHz 이상이고 100MHz 이하 일 수 있고, 입력 전압 펄스의 높이 또는 크기는 ±0.1V 내지±20V의 범위로 설정될 수 있다. 즉, 입력 전압 펄스의 절대값은 0.1V 이상이고 20V이하로 설정될 수 있다.
전술한 바와 같이, 전압 펄스 인가부(110)가 1kHz 이상이고 100MHz 이하의 주파수로 설정된 입력 전압 펄스를 입력함으로써, 전류 측정부(120)가 평균 직류 전류를 용이하게 측정할 수 있다.
나아가, 입력 전압 펄스의 최소값은 네거티브 커시브 전압(negative coercive voltage)의 미만의 값으로 설정되고, 입력 전압 펄스의 최대값은 포지티브 커시브 전압(positive coercive voltage)을 초과하는 값으로 설정되는 것이 바람직하다.
전압 펄스 인가부(110)에 의해 FeFET 소자(200)의 게이트 단자(210)에 전압 펄스가 인가되면, 전류 측정부(120)는 전압 펄스에 대응하여 출력되는 평균 출력 전류를 측정한다. 여기서, 전류 측정부(120)는 평균 출력 전류를 측정하면 충분하므로, 교류 전류를 측정하는 WGFMU(waveform generator/fast measurement unit) 또는 오실로스코프(oscilloscope)로 구성되기보다 SMU(source measurement unit)로 구성되는 것이 바람직하다.
종래 스위칭 전하를 측정하기 위해 이용되었던 WGFMU 또는 오실로스코프를 포함하는 교류 측정 장비는 매 지점 시각마다 교류 전류를 측정하여 이에 따른 PV 이력곡선을 그릴 수 있고, 아래의 수학식 1과 같이 PV 곡선을 적분하여 강유전체 물질을 포함하는 스위칭 전하를 측정할 수 있었다. 이와 다르게, 본 발명의 일 실시예에 따른 SMU는 평균 직류 전류 값을 측정하여 스위칭 전하를 측정할 수 있다.
Figure PCTKR2022012138-appb-img-000001
상기 수학식 1에서 Q는 스위칭 전하량을 나타낼 수 있고, i는 PV 이력곡선에서 각 시점에서의 전류에 해당할 수 있다.
스위칭 차지 연산부(130)는 종래 방법과는 달리 전류 측정부(120)가 측정한 평균 직류 전류를 사용하여 스위칭 전하를 연산 할 수 있다. 구체적으로, 스위칭 차지 연산부(130)는 전류 측정부(120)가 측정한 평균 직류 전류를 입력 전압의 주파수와 전류의 곱으로 나누어 FeFET 소자(200)의 스위칭 전하를 연산 할 수 있다.
Figure PCTKR2022012138-appb-img-000002
수학식 2에서, I는 전류 측정부(120)가 측정한 평균 직류 전류 값일 수 있고, f는 입력 전압의 주파수일 수 있으며, A는 전류의 단위인 앙페르(Ampare)일 수 있고, QCP는 스위칭 차지 연산부(130)에 의해 연산된 FeFET 소자(200)의 스위칭 전하일 수 있다.
교류 전류를 사용하여 FeFET 소자(200)의 스위칭 전하를 확인하는 종래의 방식의 경우, 미량의 전류가 측정되므로 노이즈가 발생되는 문제가 있었다. 하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 차지 연산부(130)는 전류 측정부(120)가 측정한 평균 직류 전류를 사용하여 스위칭 전하를 산출하므로, 미량의 전류가 측정되는 경우에도 노이즈의 영향을 낮출 수 있어 보다 정확하게 스위칭 전하를 측정을 할 수 있다.
또한, 교류 전류를 사용하여 FeFET 소자(200)의 스위칭 전하를 확인하는 종래의 방식의 경우, 교류 전류에 대한 PV 이력 곡선을 구성하고, 이 PV 이력 곡선을 적분하여 스위칭 전하를 연산하였다. 하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 차지 연산부(130)는 적분 연산을 필요로 하지 않고, 나눗셈만을 수행하므로 보다 단순한 연산을 통해 스위칭 전하를 측정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 종래 방법과 차지 펌핑 방법을 비교하기 위해 동일한 입력전압 펄스를 인가한 그래프이다. 도 4의 그래프는 인가된 입력 전압 펄스의 최대값(Vpeak)에 대한 단위 면적 당 전하의 수(y축)를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 종래 방법에 따라 WGFMU(waveform generator/fast measurement unit)를 사용하여 교류 전류에 대한 PV 이력 곡선을 구성하고, 이 PV 이력 곡선을 적분하여 스위칭 전하를 확인한 결과, 즉, 전압 펄스의 최대값(Vpeak)에 대한 단위 면적 당 전하의 수(y축)를 비교예 1, 2, 및 3(401, 402, 403)으로 나타낸다. 그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 펄스 인가부(110)는 도 3의 (b)의 전압을 FeFET 소자(200)의 게이트 단자(210)에 인가하고, 스위칭 전하를 확인한 결과, 즉, 전압 펄스의 최대값(Vpeak)에 대한 단위 면적 당 전하의 수(y축)를 실시예 1, 2, 및 3(411, 412, 413)으로 나타낸다. 이때, FeFET 소자(200)의 강유전체 물질(FE)은 산화하프늄(HfO2) 또는 지르코니아(ZrO2)를 포함할 수 있다.
비교예 1, 2, 및 3(401, 402, 403)과, 실시예 1, 2, 및 3(411, 412, 413)을 비교하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 전하 측정 장치(100)에 의한 실시예 1, 2, 및 3(411, 412, 413)이 전압 펄스의 최대값에서 더 많은 포인트가 측정됨을 확인할 수 있다. 또한, 강유전체 물질(FE)이 산화하프늄 또는 지르코니아 물질임에 관계 없이, 실시예 1, 2, 및 3(411, 412, 413)이 비교예 1, 2, 및 3(401, 402, 403)에 비하여 더 많은 포인트가 정확하게 측정되는 것을 확인할 수 있다.
특히, 입력 전압 펄스의 최대값이 2V이하의 구간에서, 비교예 1, 2, 및 3(401, 402, 403)에 의한 단위 면적당 전하의 개수는 출력 전류에 노이즈가 생성되어 불명확한 값이 다수 존재한다. 그러나, 동일한 구간(입력 전압 펄스의 최대값이 2V이하의 구간)에서, 실시예 1, 2, 및 3(411, 412, 413)는 명확한 단위 면적당 전하의 개수를 확인할 수 있다. 이와 같이, 실시예 1, 2, 및 3(411, 412, 413)에 따르면, 출력 전류를 평균 직류 전류로 측정할 수 있으므로, 좀 더 명확한 단위 면적당 전하의 개수를 얻을 수 있고, 이를 이용하여 스위칭 전하를 쉽고 정확하게 연산할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라, 스위칭 전하 측정 장치를 하드웨어적 측면에서 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 1 및 도 5을 참조하면, 스위칭 전하 측정 장치(100)는 적어도 하나의 명령을 저장하는 저장장치(151) 및 상기 저장장치의 적어도 하나의 명령을 실행하는 프로세서(152), 송수신 장치(153), 전압 펄스 인가 장치(154) 및 SMU(155)를 포함할 수 있다.
스위칭 전하 측정 장치(100)에 포함된 각각의 구성 요소들(151, 152, 153, 154, 155)은 데이터 버스(bus, 156)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.
저장장치(151)는 메모리 또는 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 저장장치(151)는 읽기 전용 메모리(read only memory, ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
저장장치(151)는 후술될 프로세서(152)에 의해 실행될 적어도 하나의 명령을 더 포함할 수 있다.
프로세서(152)는 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU), 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU), MCU(micro controller unit) 또는 본 발명의 실시예들에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다.
도 1을 더 참조하면, 프로세서(152)는 앞서 설명한 바와 같이, 저장장치(1510)에 저장된 적어도 하나의 프로그램 명령에 의해 스위칭 차지 연산부(130)의 기능을 수행할 수 있으며, 하나의 모듈의 형태로 메모리에 저장되어 프로세서에 의해 실행될 수 있다.
송수신 장치(153)는 외부의 기기와 무선 또는 유선으로 연결되어 측정 또는 연산된 결과 값을 송신하거나, 스위칭 전하를 연산하기 위해 필요한 정보를 수신받을 수 있다.
전압 펄스 인가 장치(154)는 전압 펄스 인가부(110)의 기능을 수행하며, 강유전체 물질을 포함하는 트랜지스터에 전압 펄스를 인가할 수 있다. 본 명세서에서는 전압 펄스 인가 장치(154)가 스위칭 전하 측정 장치(100)내에 존재하는 것으로 표현되었으나, 별개의 장치로 존재할 수도 있으며 이에 한정되지 않는다. 또한 전압 펄스 인가 장치(154)는 트랜지스터에 전압을 인가할 수 있는 모든 형태의 신호 발생기를 포함할 수 있다.
SMU(155)는 전류 측정부(120)의 기능을 수행하며, 소싱(sourcing)과 측정이 동시에 가능한 전자기기를 의미할 수 있다. 또한, SMU는 데이터 버스(156) 또는 송수신 장치(153)를 이용하여 프로세서(152)나 외부 장치로 측정된 결과 값을 송신할 수 있다.
이상에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 전하 측정 장치를 설명하였다. 이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위칭 전하 측정 장치 내 프로세서 동작에 의해 실행되는 스위칭 전하 측정 방법을 설명한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위칭 전하 측정 방법의 순서도이다.
도 1, 도 2 및 도 6을 참조하면, 스위칭 전하 측정 장치(100)내 전압 펄스 인가부(110)는 강유전체 물질(FE)을 포함하는 트랜지스터의 게이트(210)에 입력 전압 펄스를 인가할 수 있다(S100).
전압 펄스 인가부(110)가 인가하는 입력 전압 펄스는 삼각 또는 사각 펄스 일 수 있고, 입력 전압 펄스를 0.1초 이상이고 10초 이하 동안 인가할 수 있다.
또한, 전압 펄스 인가부(110)가 인가하는 입력 전압 펄스의 주파수는 1kHz 이상이고 100MHz 이하 일 수 있고, 입력 전압 펄스의 절대값의 높이 또는 크기는 0.1V 이상이고 20V 이하일 수 있다.
나아가, 입력 전압 펄스의 최소값은 네거티브 커시브 전압(negative coercive voltage)의 미만의 값으로 설정되고, 입력 전압 펄스의 최대값은 파지티브 커시브 전압(positive coercive voltage)를 초과하는 값으로 설정되는 것이 바람직하다.
또한, 강유전체 물질(FE)을 포함하는 트랜지스터의 게이트 산화물에 포함되는 강유전체 물질은 산화하프늄(HfO2) 또는 지르코니아(ZrO2) 물질일 수 있다. 여기서, 상기 강유전체 물질을 포함하는 강유전체 층은, 0.1nm 이상이고 100nm 이하의 두께로 이루어지는 것이 바람직하다.
이어서, 전류 측정부(120)는 입력된 전압 펄스에 대응되는 출력 전류로 강유전체 물질(FE)을 포함하는 트랜지스터의 웰과 소스/드레인 사이의 평균 직류 전류를 측정할 수 있다(S200).
전류 측정부(120)에 의해 측정된 평균 직류 전류를 이용하여, 스위칭 전하 연산부(130)는 강유전체 물질(FE)을 포함하는 트랜지스터의 스위칭 전하를 연산할 수 있다(S300).
따라서, 본 발명의 실시예에 따라 사용자는 기존 스위칭 전하를 측정하는 방법에 비하여, 정확한 연산된 강유전체 물질(FE)을 포함하는 트랜지스터의 스위칭 전하를 측정할 수 있고, 이를 이용하여, 소자의 특성을 쉽고 정확하게 파악할 수 있다.
본 발명에 첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 인코딩 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 인코딩 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방법으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 또는 흐름도 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시 예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들 또는 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 품질에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 게이트 산화물을 포함하는 트랜지스터의 게이트에 미리 정해진 주파수의 전압 펄스를 인가하는 전압 인가부;
    상기 전압 펄스에 응답하여, 상기 트랜지스터의 웰(well)과 상기 트랜지스터의 소스(source)의 사이 및 상기 트랜지스터의 웰과 드레인(drain)사이 중 적어도 어느 하나의 평균 직류 전류를 측정하는 SMU(source measure unit); 및
    상기 측정된 평균 직류 전류를 기초로 스위칭 전하를 계산하는 프로세서를 포함하며,
    상기 게이트 산화물은 강유전체 물질을 포함하는,
    스위칭 전하 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 측정된 평균 직류 전류를 상기 입력된 전압 펄스의 상기 미리 정해진 주파수로 나눈 값을 상기 스위칭 전하로 연산하는
    스위칭 전하 측정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 미리 정해진 주파수는,
    1kHz이상이고 100MHz 이하인,
    스위칭 전하 측정 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압 인가부는,
    절대값이 0.1V 이상이고 20V 이하인 상기 전압 펄스를 인가하는,
    스위칭 전하 측정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 강유전체 물질은,
    산화하프늄(HfO2) 또는 지르코니아(ZrO2)를 포함하는 물질인,
    스위칭 전하 측정 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 강유전체 물질을 포함하는 강유전체 층은,
    0.1nm 이상이고 100nm 이하의 두께로 이루어진,
    스위칭 전하 측정 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압 인가부는,
    상기 전압 펄스의 최소값을 네거티브 커시브 전압(negative coercive voltage)의 미만의 값으로 설정하고, 상기 입력 전압 펄스의 최대값을 파지티브 커시브 전압(positive coercive voltage)을 초과하는 값으로 설정하는,
    스위칭 전하 측정 장치.
  8. 게이트 산화물을 포함하는 트랜지스터의 스위칭 전하를 측정하는 방법에 있어서,
    상기 트랜지스터의 게이트에 미리 정해진 주파수의 전압 펄스를 인가하는 단계;
    상기 전압 펄스에 응답하여 상기 트랜지스터의 웰(well)과 상기 트랜지스터의 소스(source)의 사이 및 상기 트랜지스터의 웰과 드레인(drain)사이 중 적어도 어느 하나의의 평균 직류 전류를 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 평균 직류 전류를 기초로 스위칭 전하를 계산하는 단계를 포함하고,
    상기 게이트 산화물은 강유전체 물질을 포함하는,
    스위칭 전하 측정 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 스위칭 전하를 계산하는 단계는,
    상기 측정된 평균 직류 전류를 상기 입력된 전압 펄스의 상기 미리 정해진 주파수로 나눈 값을 상기 스위칭 전하로 연산하는
    스위칭 전하 측정 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 미리 정해진 주파수는,
    1kHz이상이고 100MHz이하인
    스위칭 전하 측정 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 전압 펄스를 인가하는 단계는,
    절대값이 0.1V 이상이고 20V 이하인 상기 전압 펄스를 인가하는,
    스위칭 전하 측정 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 강유전체 물질은,
    산화하프늄(HfO2) 또는 지르코니아(ZrO2)를 포함하는 물질인,
    스위칭 전하 측정 방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 전압 펄스를 인가하는 단계는,
    상기 전압 펄스의 최소값을 네거티브 커시브 전압(negative coercive voltage)의 미만의 값으로 설정하고, 상기 입력 전압 펄스의 최대값을 파지티브 커시브 전압(positive coercive voltage)를 초과하는 값으로 설정하는,
    스위칭 전하 측정 방법.
  14. 컴퓨터 프로그램을 저장하고 있는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서,
    상기 컴퓨터 프로그램은,
    강유전체 물질을 포함하는 게이트 산화물을 구비한 트랜지스터의 스위칭 전하를 측정하는 방법을 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하고,
    상기 트랜지스터의 게이트에 미리 정해진 주파수의 전압 펄스를 인가하는 단계;
    상기 전압 펄스에 응답하여 상기 트랜지스터의 웰(well)과 상기 트랜지스터의 소스(source)의 사이 및 상기 트랜지스터의 웰과 드레인(drain)사이 중 적어도 어느 하나의의 평균 직류 전류를 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 평균 직류 전류를 기초로 스위칭 전하를 계산하는 단계를 포함하는,
    컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 스위칭 전하를 계산하는 단계는,
    상기 측정된 평균 직류 전류를 상기 입력된 전압 펄스의 상기 미리 정해진 주파수로 나눈 값을 상기 스위칭 전하로 연산하는
    컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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