숭실대학교 신소재골학실험2 Deposition 공정 및 소자 제작 평가 결과보고서

문서 내 토픽

1. MIS 및 MIM 커패시터 소자

이번 실험에서는 MIS(Metal-Insulator-Semiconductor) 구조와 MIM(Metal-Insulator-Metal) 구조의 커패시터 소자에 대해 이해하고, Evaporator와 Shadow mask를 활용하여 상부 전극을 증착하고 Probe station을 통해 전기적 특성을 평가하였습니다. MIS 구조에서는 p-Si 박막이, MIM 구조에서는 p++-Si 박막이 사용되었습니다. MIM 구조의 경우 절연체 역할을 하는 insulator로 인해 전하를 축적하고 유지하는 능력이 있어 전압 변화에도 Capacitance 값이 일정한 것을 확인할 수 있었습니다. 반면 MIS 구조에서는 Accumulation, Depletion, Inversion 영역의 변화에 따라 Capacitance 값이 변화하는 것을 관찰할 수 있었습니다.
2. 박막 두께에 따른 Capacitance 변화

실험 결과, 박막 두께가 증가할수록 Capacitance 값이 감소하는 것을 확인할 수 있었습니다. 이는 절연체 두께가 증가하면 전하의 이동 경로가 길어지고 전기장의 강도가 감소하기 때문입니다. 반대로 박막 두께가 얇아질수록 전하 사이의 인력이 작용하여 더 많은 전하를 모을 수 있게 됩니다.
3. 유전막의 유전율 계산

실험에서 측정한 Capacitance 값과 박막 두께를 이용하여 유전막의 상대유전율을 계산할 수 있었습니다. p++-Si 기판의 경우 TiO2 박막 두께에 따라 상대유전율이 약 17.9, 19.4, 20.5로 증가하였고, p-Si 기판의 경우 -1V 기준으로 17, 18, 20으로 증가하였습니다. 유전율이 크다는 것은 외부 전압에 대한 편극 크기가 커져 전하를 더 많이 묶을 수 있음을 의미합니다. 또한 주파수에 따라서도 Capacitance 값이 변화할 수 있습니다.

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1. MIS 및 MIM 커패시터 소자

MIS(Metal-Insulator-Semiconductor) 및 MIM(Metal-Insulator-Metal) 커패시터 소자는 전자 및 전기 회로 설계에서 매우 중요한 역할을 합니다. MIS 커패시터는 반도체 기술에 기반하며, 주로 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)과 같은 능동 소자와 함께 사용됩니다. 이 소자는 전하 저장, 바이어스 전압 공급, 결합 및 디커플링 등의 기능을 수행합니다. MIM 커패시터는 순수 금속 구조로 이루어져 있으며, 고주파 회로, 아날로그 회로, 전원 공급 장치 등에 널리 사용됩니다. MIM 커패시터는 MIS 커패시터에 비해 더 높은 신뢰성과 안정성을 가지고 있습니다. 이 두 가지 커패시터 소자는 전자 회로 설계에서 매우 중요한 역할을 하며, 각각의 장단점을 고려하여 적절한 소자를 선택하는 것이 중요합니다.
2. 박막 두께에 따른 Capacitance 변화

박막 커패시터의 경우, 유전막의 두께가 커패시턴스에 큰 영향을 미칩니다. 일반적으로 유전막의 두께가 감소할수록 커패시턴스가 증가하는 경향을 보입니다. 이는 커패시터의 기본 공식인 C = εA/d에 따른 것으로, 유전막의 두께(d)가 감소하면 커패시턴스(C)가 증가하게 됩니다. 하지만 유전막의 두께가 너무 얇아지면 누설 전류가 증가하고 절연 특성이 저하될 수 있습니다. 따라서 목적에 맞는 적절한 유전막 두께를 선택하는 것이 중요합니다. 최근에는 고유전율 물질을 사용하여 얇은 유전막에서도 높은 커패시턴스를 구현하는 기술이 개발되고 있습니다. 이를 통해 소형화와 고집적화를 달성할 수 있습니다.
3. 유전막의 유전율 계산

유전막의 유전율은 커패시터의 성능을 결정하는 중요한 요소입니다. 유전율은 유전막 물질의 전기적 특성을 나타내는 지표로, 커패시터의 커패시턴스 값을 결정합니다. 유전율은 일반적으로 유전막의 두께와 면적, 그리고 측정된 커패시턴스 값을 이용하여 계산할 수 있습니다. C = εA/d 공식에서 C는 측정된 커패시턴스, A는 전극의 면적, d는 유전막의 두께입니다. 이 공식을 이용하여 유전율 ε을 계산할 수 있습니다. 유전율 계산 시 주의해야 할 점은 정확한 유전막 두께와 전극 면적 측정, 그리고 신뢰성 있는 커패시턴스 측정이 필요하다는 것입니다. 이를 통해 보다 정확한 유전율 값을 얻을 수 있습니다. 유전율 계산은 커패시터 설계 및 성능 평가에 매우 중요한 정보를 제공합니다.