MgO 기반 MIS 구조의 내방사선 특성 분석
Radiation Tolerance Analysis of MgO-Based MIS Structures
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초록
우주 및 저궤도 환경에서 반도체 소자의 안정적 동작을 위해서는 방사선에 대한 높은 내성이 필수적이다. 본 연구에서는 GaAs반도체에 MgO(1 nm) 중간층을 적용한 MIS 컨택 구조를 도입하고, 금속 전극 종류에 따른 내방사선 특성 차이를 분석하였다. Al및 Mo 전극을 적용한 소자에 대해 100 MeV 양성자 조사 실험을 수행한 결과, Al/MgO/GaAs 구조는 조사 후 전류가 약 2,000배감소하는 심각한 열화를 보였다. 반면 Mo/MgO/GaAs 구조는 조사 전후 전류 특성이 거의 유지되어 우수한 방사선 안정성을 나타냈다. 이는 Mo/MgO 계면의 높은 화학적 안정성에 의해 방사선 유도 계면 열화가 효과적으로 억제되었기 때문으로 해석된다. 본연구는 방사선 환경에서 신뢰성이 요구되는 MIS 컨택 설계를 위한 금속 선택 및 계면공학적 설계 지침을 제시한다.
Abstract
High radiation tolerance is essential for the stable operation of semiconductor devices in space and low-Earth-orbitenvironments. In this study, we introduce a metal–interlayer–semiconductor (MIS) contact structure incorporating a1-nm-thick MgO interlayer on a GaAs substrate and analyze the radiation tolerance depending on the choice ofmetal electrode. Proton irradiation tests at an energy of 100 MeV were performed on devices employing Al and Moas top electrodes. The Al/MgO/GaAs structure exhibited severe degradation after irradiation, with an reduction incurrent density by approximately 2000 times. In contrast, the Mo/MgO/GaAs structure maintained nearly unchangedcurrent characteristics before and after irradiation, demonstrating excellent radiation stability. This behavior isattributed to the high chemical stability of the Mo/MgO interface, which effectively suppresses radiation-inducedinterfacial degradation. These results provide important guidelines for metal selection and interface engineering inthe design of reliable MIS contacts for radiation-exposed environments.