SUPREM-Ⅳ를 이용한 다공질 실리콘층의 형성에 적합한 최적 공정의 시뮬레이션(Ⅰ)

김성진 慶南大學校 附設 工業技術硏究所 1998 硏究論文集 Vol.15 No.2

양극 산화법에 의해 단결정 실리콘 상에 마스크없이 국부적으로 다공질 실리콘을 형성하기 위해서는 적절한 p-n 단결정 실리콘 구조가 필요하다. 이는 다공질 실리콘이 p형이면서 불순물 농도가 높은 층에서 상대적으로 쉽게 형성되는 선택성을 이용한 것이다. 이를 위해 시료의 구조는 가능한 저 농도로 도핑된 n형의 에피층과 함께 최종 공정후에 에피층의 유효 두께는 2㎛ 정도를 유지해야 하며, 에피층 위에 국부적으로 이온 주입된 영역은 완전히 p 층으로 전환되어야 한다. 본 논문에서는 SUPRM-Ⅳ 프로그램을 통해 에피 공정에서의 불순물 주입 농도와 에피층의 두께에 따른 최적공정 조건을 구하였다. 그 결과, 불순물 주입 농도는 ??, 에피층의 초기 성장 두께는 5㎛정도가 적당하였다. P-n structure of the single crystalline silicon is neccessary to form localized porous silicon layer without a mask by anodic reaction on a silicon wafer. To utilize the selectivity that the porous silicon, the p-n structure proposed here must satisfy these conditions as low doping density in n-epi layer, about 2㎛ junction depth of the epi layer after the final process, and complete conversion into p-type over the area ion-implanted by boron. In this work, optimum process conditions for the doping concentration of the epi-layer and the initial thickness of the epi-layer during epi growth are simulated by SUPREM-Ⅳ program. As the result, it was found to be proper that the doping concentration of the epi layer is ??, and the initial thickness of the epi layer is about 5㎛.

불화수소의 농도를 달리하여 형성된 다공질 실리콘층을 이용한 습도 센서의 특성에 관한 연구

김성진,이주혁 경남대학교 신소재연구소 1998 論文集 Vol.10 No.-

불화수소 용액의 농도를 달리하여 형성된 다공질 실리콘층을 이용한 습도 센서를 제조하고, 그 특성을 측정하였다. 제조된 센서의 구조는 집적화에 용이하도록 설계되었으며, 형성된 다공질 실리콘은 기계적 안정도가 좋은 0.01 Ωcm의 낮은 비저항을 갖는 p+-웨이퍼를 사용하였다. 센서는 국부적인 다공질 실리콘층의 형성, 다공질 실리콘 산화막의 형성과 에칭공정을 이용하여 제작하였다. 각각 25와 35%의 불화수소 용액에서 만든 센서로부터 상대습도에 대한 정전용량을 상온에서 측정하였으며, 상대적으로 높은 다공도를 보이는 25%의 불화수소용액에서 만든 시료에서 35%의 시료보다 정전용량이 높게 관측되었다. 그리고 상대 습도가 55에서 90%이상으로 변화시켰을 때 정전용량의 크기는 단조적으로 증가하였다. Humidity sensors using porous silicon layer formed in different HF solutions are developed to measure the relative humidity. Its structure was designed monolithically to be compatible to the integrated circuit technology, and the porous silicon layer was formed on p^{+}-type wafers with the low resistivity of 0.01 Qcm to be stable mechanically. Proto-type sensors were fabricated using processes such as localized formation of porous silicon, oxidation of porous silicon layer, and etching of oxidized porous silicon layer. The dependence of the capacitance on the relative humidity was measured at room temperature for 25% and 35% HF samples, respectively. As the result, the capacitance from 25% HF samples was observed to be higher than that of 35% HF samples due to higher porosity, and to increase monotonously for the relative humidity of 55 to 90% over.

다공질 실리콘층의 형성을 위한 단결정 p-n 구조의 최적 공정 조건의 도출

김성진 경남대학교 신소재연구소 1997 論文集 Vol.9 No.-

단결성 실리콘상에서 국부적으로 다공질 실리콘층을 형성하기 위한 방법중에 하나는 양극 산화중에 반응 선택도를 이용하는 것이다. 이를 위해 적절한 p-n 단결성 실리콘 구조가 필요하며, 본 연구에서는 n 형의 에피층 상에서 국부적으로 이온 주입법에 의해 p 형으로 전환된 구조에 대해, 시뮬레이션을 통해 최적의 공정 조건을 구하였다. 최적 구조는 가능한 저 농도로 도핑된 n 형의 에피층과 함께 최종 공정후에 에피층의 유효 두께는 2 μm정도를 유지해야 하며, 에피층 위에 국부적으로 이온 주입된 영역은 완전히 p 층으로 전환되는 조건들을 만족시켜야 한다. 시뮬레이션에서는 에피 공정에서의 불순물 주입 농도와 에피층의 두께 그리고 어닐링 시간에 대한 영향을 고찰하였다. The selectivity for reaction rate during anodic process is very useful to form localized porous silicon layer on a silicon wafer. Proper p-n structure of the single crystalline silicon is required to utilize the selectivity. A structure which is converted completely into p-type by ion implantation regionally over n-epi layer is suggested, and then simulation is done to obtain optimum process conditions against the structure. The structure must satisfy such conditions as possessing low doping density in n-epi layer, maintaining about 2 Nm junction depth of the epi layer after the final process, and converting into p-type over the area ion-implanted by boron. In this work, the effects of the doping concentration of the epi- layer and the initial thickness of the epi-layer. and the annealing time are investigated.

Self-consistent method에 의한 이중양자 우물구조로된 공명터널링 다이오드의 중앙장벽 두께변화에 따른 공명터널링전류 해석

김성진 慶南大學校 附設 工業技術硏究所 1994 硏究論文集 Vol.12 No.-

본 연구에서는 ?? 이종접합의 이중양자 우물구조로된 공명터널링 다이오드(RTD)의 정 전류-전압 특성을 self-consistent method를 이용하여 이론적으로 고찰하였다. 전기전도기구를 두 양자우물사이에 파동함수의 코히런스한 공명터널링 기구로 가정하여 중앙장벽의 두께변화에 따른 터널링 전류를 수치해석법으로 구하여, 그 결과를 실험 데이타와 비교하였다. 전반적인 양상이 실험결과에 근접하였으며, 특히 두께증가에 따른 부성저항곡선 수의 감소는 self-consistent method가 기존의 다른 수치해석법에 비해 정확하다는 사실을 확인할 수 있었다. we investigate theoretically the static current-voltage characteristics of resonant tunneling diodes with double quantum well (DQW) structures using a self-consistent method which has been known to be better suited to explain experimental results. The structure used is ?? double quantum well heterostructure. In this work, we assume the current transport mechanism in the DQW structure to be resonant tunneling by coherent interaction between quantum well states, and estimate the current-voltage characteristics as a function of the thickness of the middle barrier separating the two wells. As the result, when the thickness of the middle barrier becomes equal to that of the outside barrier, the I-V curve shows only one peak. It implies strongly that the result which has generally been regarded as to be due to a sequential RT mechanism can be observed in the coherent RT mechanism.

피크 대 밸리 전류비를 개선시키기 위한 밴드간 공명 터널링 다이오드의 제작 및 측정

김성진 경남대학교 신소재연구소 1996 論文集 Vol.7 No.-

부성저항의 특성을 갖는 공명 터널링 소자는 케리어의 빠른 전도와 작은 접합 캐퍼시턴스로 초고속의 디지털 회로에 적합한 것으로 알려져 왔다. 그러나 소자로서 활용되기 위해서는 소자의 전류-전압 특성에서 피크 전류와 피크 대 밸리 전류비가 커야 한다. 본 연구에서는 피크 전류 및 피크 대 밸리 전류비를 개선하기 위해 기존의 이중 양자 우물 구조 대신에 InP기판산에 InGaAs/InAlAs의 이종 접합의 단일 양자 우물 구조로 된 밴드간 공명 터널링 다이옥드를 제작하여 소자의 전류-전압 특성을 측정하였다. 그 결과 60이상의 피크 대 밸리 전류비가 관측되었다. The resonant tunneling devices showing the negative differential resistance (NDR) have been known to be suitable t o high-speed switching circuits because of the fast transport of carriers by tunneling and small junction capacitance. However, for the accurate digital switching operation and the high output of the device it has been required to increase both the peak-to-valley current ratio (PVCR) and the peak current density (J_{p}) of these devices. In this work, a resonant interband tunneling diode (RITD) with single quantum well structure is suggested and fabricated, which is composed of In_{0.53}Ga_{0.47}As/In_{0.52}Al_{0.48}As heterojunction on the InP substrate, and then its I-V characteristic is investigated. As the result, PVCR over 60 was observed.

상온에서 저 알코올 가스 농도 측정을 위한 정전용량형 다공질 실리콘 센서

전병현,김성진 경남대학교 신소재연구소 1999 論文集 Vol.11 No.-

Capacitive alcohol gas sensors using porous silicon(PS) layer were fabricated and investigated for the measurement of breath alcohol concentration. Since PS layer shows high adsorption against ethanol along with large internal surface area. detecting low alcohol gas concentration without any heating may be realized in comparison with metal oxide sensors. In this work, we measured the capacitance for the range of 0 t o 0.5% alcohol concentration from the proposed sensors. and observed how illumination of UV light affects the sensitivity. In addition, the effect of CO₂and N₂gases involved commonly in exhaling breath was estimated, and the same experiment for methanol gas was executed to compare qualitatively with ethanol gas

멤브레인구조를 갖는 다공질 실리콘 센서의 에탄올 가스에 대한 식별성

박광열,김성진 경남대학교 신소재연구소 2002 신소재연구 Vol.14 No.-

에탄올 (혹은 알콜) 가스 농도를 측정하기 위해 다공질 실리콘 층을 이용한 멤브레인 알콜 센서를 제조하였다. 에탄올은 실리콘 웨이퍼에 대해 침투성이 강하여 수용액 내에서 실리콘 웨이퍼를 가공할 때 반응을 촉진시키는 물질로서 자주 사용된다. 본 연구에서는 25%의 불화수소용액에서 만든 다공질 실리콘 층을 알코올 감지막으로 한 알코올센서를 제작하여 0%에서 0.5%의 알코올 농도범위에 대해 감지 특성을 측정하였다. 그 결과, 알코올 농도가 증가할 때 다공질 실리콘 층의 전기 전도가 증가하게 되어 측정된 전기저항은 알콜농도에 반비례하는 관계가 관측되었다. 응답 특성은 상용화가 가능할 정도로 양호한 응답속도 및 선형성을 보였다. Porous silicon gas sensors with membrane structure are fabricated to measure vaporous ethanol (called alcohol) concentration. Since ethanol is very strongly permeable into the silicon wafer, it is often used to aid chemical reaction when the silicon wafer is reacted under some aqueous solution. In this work, sensing properties were measured for the alcohol concentration from zero to 0.5 percent with the porous silicon layer formed in 25% HF solution. As the result, the measured resistance was observed to be inversely related to alcohol concentration due to the increase of the electrical conductivity by adsorption into porous silicon surface. The sensors showed good response time and linearity which they can be probably commercialized.

다공질 실리콘층을 이용한 습도센서의 개발

이주혁,이성필,김성진 경북대학교 센서기술연구소 1998 센서技術學術大會論文集 Vol.9 No.1

A humidity sensor using porous silicon layer as humidity-sensing material is developed. Its structure was designed monolithically to be compatible to the integrated circuit technology, and the porous silicon layer was formed on p-type wafers with the low resistivity of 0.01 Ωcm to be stable mechanically. Proto-type sensors were fabricated using processes such as localized formation of porous silicon, oxidation of porous silicon layer, and etching of oxidized porous silicon layer. The dependence of capacitance on relative humidity was measured at room temperature, where the capacitance increased from 0.3 nF to 1nF for the relative humidity of 55 to 90% over.

C-V and Photoluminescence Properties of Alcohol Vapor Sensors Based on Porous Silicon

Seong-Jeen Kim,Sang-Hoon Lee 한국물리학회 2004 THE JOURNAL OF THE KOREAN PHYSICAL SOCIETY Vol.44 No.1

In this work, we fabricated a gas-sensing device based on porous silicon (PS), and its I-V, C-V, and photoluminescence properties were investigated for sensing alcohol vapor. The structure of the sensor consisted of thin Au/oxidized PS/PS/p-Si/Al, where the p-Si was etched anisotropically to be prepared into a membrane-shape. We used alcohol gases vaporized from dierent alcohol (or ethanol) solutions mixed with pure water at 36 C, similar to an alcohol breath measurement to check drunk driving. As a result, I-V curves showed a typical tunneling property, and C-V curves were shaped like those of a MIS (metal-insulator-semiconductor) capacitor, where the capacitance in accumulation increased with the alcohol vapor concentration. In the photoluminescence measurement, as alcohol vapor replacing air in the pores caused the value of the refractive index to be increased and the radiative recombination rate to be changed, quenching phenomena and slight red-shifts of the peak position of the PL line occurred.

Spectral Analysis of Rectangularly Corrugated Waveguide Filters Using the Effective-Index Method

Seong Jeen Kim 대한전자공학회 1991 KITE JOURNAL OF ELECTRONICS ENGINEERING Vol.2 No.1