금속-절연체-금속 소자의 산화막 성장 방법에 따른 터널링 전위장벽 특성 연구 = Tunnel Leakage Current in Metal-insulator-metal Devices with an Ultra-thin Tunnel Barrier

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 터널링 전류가 지배적으로 나타나는 2 nm이하의 얇은
산화막을 가진 tunnel junction에서 산화막 성장 방법에 따른
금속/산화막 접합면에서의 전위장벽 특성을 조사하기 위해 플라즈마 산화
방법과 열 산화 방법을 이용하여 Al/AlO$_x$/Al 및 Al/AlO$_x$/Nb 접합
소자를 제작하였다. Image force 효과를 고려한 양자역학적인 Transfer
matrix 계산법을 이용하여 터널링 전류를 계산하고 측정된 결과와
비교하여 Al(또는 Nb)/AlO$_x$ 접합에서의 터널링 장벽의 높이, 두께 및
AlO$_x$ 유전상수를 추출하였다. 양자역학적인 transfer matrix 계산법을
이용한 모델링 결과는 tunnel junction의 측정된 터널링 전류 특성과
아주 높은 정확도를 가지고 일치하였으며, 이 결과에서 Al (또는
Nb)/AlO$_x$ 접합면에서 터널링 장벽 높이는 전극으로 사용된 금속
물질에 크게 영향을 받지만 AlO$_x$ 산화막의 성장 방법에는 관계없이
동일한 전위장벽 높이를 가진다는 것을 알 수 있었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

We have studied the transport phenomenon in Al and Nb based
metal-insulator-metal tunnel junctions. The deposition of the Al and
the Nb thin films was done using angle evaporation through a
suspended mask formed in a Ge layer supported by a thermally stable
polymer while the tunnel barrier was formed uwing thermal oxidation
or plasma oxidation of the bottom Al layer. After the oxidation, we
deposited the Al or the Nb top layer. The measured current-voltage
(I-V) characteristics were compared with the modeled ones by using
transfer matrix technique. In the modeling, Simmons' image force
correction was taken into account. We extracted basic junction
parameters, such as the barrier height and width. The measured and
the modeled I-V curves were in good agreement.

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