Hf1-xZrxO2 박막의 전기적 특성 향상을 위한 전구체 및 Titanium Nitride 전극 증착법 연구

학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 공과대학 재료공학부(하이브리드 재료), 2019. 2. 황철성.HfO2 박막의 강유전체 (ferroelectric, FE) 특성은 2011 년에 독일의 Dresden에 있는 NaMLab에서 Fluorite 구조를 가진 Si doped Hafnium Oxide물질을 기반으로 처음보고 되었다. 종래의 Perovskite 형 강유전체 물질의 경우, 두께가 100nm 이상이었던 반면에, 본 Fluorite구조의 HfO2 막 두께는 약 ~10nm수준의 얇은 두께인 점은 특히 흥미로운 사항이었다. 얇은 두께의 박막은 DRAM Capacitor와 같은 3D 구조의 Application 적용에 유리하고, 또한 HfO2 박막의 band gap energy는 5.5eV의 높은 수준으로서 소자를 통하여 흐르는 누설전류를 충분히 방지할 수 있다. 또한 Si물질과 우수한 compatibility를 자랑하는 Titanium Nitride를 HfO2 박막의 전극으로 원활히 사용가능하므로 메모리 제조기술의 친산업적 재료가 될 수 있다. 본 연구는 Zirconium doped HfO2 박막(Hf1-xZrxO2) 에서의 Carbon 불순물의 감소와 이에 따른 효과를 분석하기 위한 전구체 변경 실험과, doped HfO2 박막의 장점인 3D Application 활용 극대화를 위하여 박막 상하부 Titanium Nitride 전극 증착방법을 기존의 PVD (Physical Vapor Deposition)공정에서 Step Coverage가 우수한 ALD (Atomic Layer Deposition)공정으로 변경하는 실험을 포함하고 있다. 첫번째 Hf1-xZrxO2의 Hafnium, Zirconium 두 소스의 전구체를 TEMA Precursor에서 TDMA Precursor로 변경하는 연구의 결과, TDMA Hf1-xZrxO2 에서 Zirconium doped Hafnium Oxide와 TiN전극 사이의 고유전율의 t-phase 계면 layer 를 억제시켜 소자의 특성변화를 야기시킬 수 있는 wake up effect를 20%가량 감소시켰고, AES 분석을 통하여 그 원인이 carbon불순물이 적다는 점에서 비롯했다는 점을 규명하였다. 두번째 Ferroelectric물질 Hf1-xZrxO2용 저온ALD TiN전극을 setup하여 3D구조에도 적용할 수 있는 TiN 물질의 step coverage를 확보하였으며 (PVD TiN 15% → ALD TiN 106%) , ALD TiN하부전극의 높은 work Function기인 Hf1-xZrxO2 박막 leakage 특성을 39% 개선하였으며, 마지막으로 Hf1-xZrxO2 박막의 Endurance 실력치도 4.4배 개선하였다. 그 원인은 ALD TiN 하부전극이 PVD TiN하부전극 대비 낮은 oxygen scavenging 특성을 가짐으로서 비교적 적은 oxygen vacancy생성으로부터 endurance특성을 향상시킴을 AES 화학 분석으로부터 규명하였다.Ferroelectric (FE) property of HfO2 thin films was first reported in 2011 NaMLab in Dresden, Germany, which had a fluorite structure, doped with a few amounts of Si. It was a very intriguing issue on the FE community because the fluorite-type film has only ~ 10 nm thickness, whereas the conventional perovskite type ferroelectrics have > 100 nm thickness. It has merit for fabrication of 3-dimensional structure due to its small thickness. Also, the band gap of the HfO2 thin film is 5.5 eV which is high enough to prevent leakage currents flowing through devices. Having titanium nitride as a metal electrode, combined with an excellent compatibility with Si, HfO2 as a thin film could be the representative industrial-friendly materials for the adoption of memory production technology. In this study, a precursor changing experiment was conducted to investigate the reduction of carbon impurities and its effect in zirconium-doped HfO2 thin films. And in order to maximize the uses of 3D applications, which is an advantage of doped HfO2 thin films, ALD (Atomic Layer Deposition) TiN electrode process for Hf1-xZrxO2 was set-up. As a result of changing the precursors of hafnium and zirconium of Hf1-xZrxO2 from TEMA precursor to TDMA precursor, it was found that wake up effect which cause the change of the device characteristics was reduced by ~20%, due to the suppression of the high-k t-phase interface layer between the zirconium doped hafnium oxide and the TiN electrode, and the AES analysis revealed that the cause was carbon impurity reduction. Secondly, the low temperature ALD TiN electrode for ferroelectric material Hf1-xZrxO2 was set up to improve step coverage (PVD TiN 15% ALD TiN 106%) to be applied to the 3D structure. The leakage property of Hf1-xZrxO2 thin film was improved by 39% because of the high work function of ALD TiN lower electrode. And the endurance property was improved by 4.4 times. we fount that it is caused by the relatively low oxygen vacancy formation due to the low oxygen scavenging characteristic of the ALD TiN compared to PVD TiN by AES chemical analysis.목차 초록 i 목차 iii List of Figures v List of Tables xiii 1. 서론 1 2. 문헌연구 5 2.1 Conventional FE materials 5 2.2 HfO2 based FE materials 7 2.2.1 Identification of FE Phase 7 2.2.2 The effect of film thickness and grain size 10 2.2.3 The effects of asymmetric stress 15 2.2.4 Hf1-xZrxO2 films 19 2.3 Titanium Nitride (TiN) 22 2.3.1 About TiN 22 2.3.2 Atomic Layer Deposition TiN 23 2.3.3 The Effect of TiN capping in HfO2 FE materials 27 3. Hf1-xZrxO2박막의 전구체(precursor) 변경 연구 32 3.1 실험 설계 32 3.2 Experimental 36 3.3 Result and Discussions 38 3.4 Conclusion 58 4. Hf1-xZrxO2박막의 전극 TiN 증착법 연구 60 4.1실험 설계 60 4.2 Experimental 62 4.3 Result and Discussions 64 4.4 Conclusion 81 5. 결론 82 6. 참고문헌 84 Abstract 94Maste

(An) evaluation of two screening tests for the detection of the lupus anticoagulant

의학과/석사[한글] 루푸스성 항응고인자는 주로 프로트롬빈 활성복합체의 인지질에 작용하여 prothrombin 의 체외 활성을 억제하는 면역글로부린으로 전신성 홍반성 낭창을 비롯한 여러 질환에서 발견된다. 특히 응고검사실에서 예상치 않게 APTT의 검사결과가 연장되는 주요 원인의 하 나이며 그 검사법으로는 Diluted Tissue Thromboplastin Inhibition Assay(DTTI), Kaolin Clotting Time(KCT), Platelet Neutralization Procedure(PNP)등이 있다. 본 연구에서는 연세의료원 임상병리과에서 1987년 2월부터 8월까지 7개월간 APTT검사가 의뢰된 검체들중 혼합검사(Mixing test)에서 교정되지 아니한 21예를 대상으로 루푸스성 항응고인자의 검사법으로 알려진 KCT와 DTTI법을 동시에 실시하여 그 예민도와 양성율을 검토하여 보았다. 아울러 이들중 검사가 가능하였던 4예에서 PNP 검사를 실시하여 KCT와 DTTI검사의 비교에 참고로 하였다. 그 결과 19예(90.5%)에서는 DTTI 양성이었고 17예(81 .2%)에서는 KCT가 양성이었다. 그러나 이들 두 방법간의 통계학적 유의한 차이는 없었다. 그리고 루푸스성 항응고인자가 존재하는 혈장과 정상혼합혈장을 섞어서 KCT와 DTTI의 예 민도를 관찰한 결과 KCT가 더욱 높은 예민도를 나타내었다. 또한 KCT가 양성인 2예와 음 성인 2예로 특이도가 높다고 알려진 PNP검사를 하였더니 모두 일치하는 소견을 보였다. 따라서 혼합검사 양성인 혈장들중 KCT와 DTTI 검사 양성율의 통계학적 유의한 차이는 없었으나 예민도와 특이도 검사에서 KCT법이 더 우수하여서 루푸스성 항응고인자의 선별 검사로서 유용하게 사용될 수 있다는 결론을 얻었다. [영문] The lupus anticoagulant is an immunoglobulin that interferes with the activation of prothrombin by the prothrombin activator complex. It was first recognized in patients with systemic lupus erythematosus, but subsequently has been observed in other clinical conditions. Notably it is thought to be the major cause of unexpected prolongation of APTT values in routine coagulation studies. There are a number of methods used to detect this anticoagulant such as Diluted Tissue Thromboplastin Inhibition Assay(DTTI), Kaolin Clotting Time(KCT), and Platelet Neutralizatioin Procedure(PNP). From February to August, 1987 plasma specimens were collected from 21 patients who exhibited prolonged APTT times which were suggestive of circulating anticoagulants. Both DTTI and KCT tests were done on these specimens to evaluate the presence of the lupus anticoagulant. The sensitivities and positive rates of each test were compared. Also, the PNP was performed on 4 of the specimens to aid in the comparison of the specificities of these 2 tests. Among the 21 specimens, 19(90.5%) were DTTI positive and 17(81.5%) were KCT positive. However there was no significant statistical difference between these two positive rates(p 0.05). Lupus anticoagulant positive plasma was mixed with normal pooled-plasma in different proportions to compare the sensitivities of the lupus anticoagulant detection procedures. The result showed that a higher sensitivity was observed in KCT than in DTTI, and the results of th 4 PNP tests were consistent with the KCT results. It is concluded from these studies that KCT is more sensitive and specific than DTTI in the detection of the lupus anticoagulant, although there was no significant statistical difference between them. Moreover KCT is a simpler procedure than DTTI. Therefore, KCT is preferable as a screening procedure to detect the lupus anticoagulant.restrictio

Genetic polymorphism of human platelet specific antigen(HPA) in patients with immune thrombocytopenia

의학과/박사[한글] 면역성 혈소판감소증은 혈소판에 대한 동종 또는 자가항체에 의해 혈소판이 파괴되는 질환으로서, 동종항체는 흔히 임신 또는 수혈에 의해 야기되며 자가항체는 원인을 알 수 없는 특발성의 경우와, 자가면역질환, 약물 또는 다른 질환과 관련된다. 동종항체를 유도하는 혈소판 동종항원은 혈소판 특이창원의 종류에 따라 개인별 대립인자로서 존재하며 혈소판 표면의 서로 다른 당단백에 위치함으로써 하나의 혈소판 특이항원계(human platelet specific antigen: HPA Ⅰ-Ⅴ)를 구성한다. 혈소판 특이항원은 기본적으로 항원 단백의 구조상 아미노산의 차이에 기인하며 이는 항원성이나 항체 결합에 영향을 미칠 수 있는 것으로 보고된 바 있어 개인별 특이항원의 대립인자, 즉 HPA 다형성에 따라 혈소판항체와 관련된 면역반응의 차이가 있을 것으로 추정된다. 한편 자가항체를 유도하는 자가항원 역시 혈소판 당단백에 존재하나 그 구체적인 당단백의 종류 및 항원결정기(epitope)와 이에 따른 면역반응 또는 조절에 관한 연구는 아직 미미하다. 특히 혈소판 특이항원과의 상호 연관성에 관한 연구는 거의 없다. 혈소판 특이 항원과의 연관성을 보기 위하여는 특이 항혈청을 사용한 혈청학적 표현형 규명을 통한 방법이 있겠으나 최근에는 분자생물학적인 방법에 의한 유전자형 분석방법이 새로이 개발되고 있다. 이에 본 연구에서는 혈소판 특이항원 유전자 다형성과 혈소판감소증의 발생 빈도, 혈소판항체검사, 혈소판 수와의 상호 연관성을 관찰하기 위하여 정상대조군 160명 및 면역성 혈소판감소증 26명을 대상으로 HPA Ⅰ-Ⅴ에 대한 유전자형을 중합효소 연쇄반응 및 제한효소 절편다형성 분석법과 대림인자 특이 유전자 증폭법으로 조사하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. HPA Ⅰ-Ⅴ 중 HPA Ⅰ 및 HPA Ⅳ는 대조군 및 환자군 모두에서 단일 유전자형(a+b-)으로서 다형성을 관찰할 수 없었다. 2. HPA Ⅱ의 경우, 대조군의 유전자형 빈도는 a+b-87.4%, a+b+12.0%, a-b+0.6%이었으며, 환자군의 유전자형 빈도는 a+b-93.0%, a+b+7.0%, a-b+0.0%로서 두 군간에 통계적으로 유의한 차이가 없었다. 3. HPA Ⅲ의 경우, 대조군의 유전자형 빈도는 a+b-17.6%, a+b+68.6%, a-b+13.8%이었으며, 환자군의 유전자형 빈도는 a+b-17.0%, a+b+75.0%, a-b+8.0%로서 두 군간에 통계적으로 유의한 차이가 없었다. 4. HPA Ⅴ의 경우, 대조군의 유전자형 빈도는 a+b-98.1%, a+b+1.9%, a-b+0.0%이었으며, 환자군의 유전자형 빈도는 a+b-87.5%, a+b+12.5%, a-b+0.0%로서 두 군간에 통계적으로 유의한 차이가 있었다. 5. HPA(Ⅱ, Ⅲ, Ⅴ) 유전자형에 따라 환자군의 입원기간 최저 혈소판 수와 혈소판항체 검사결과는 통계적으로 유의한 차이가 없었다. 6. HPA Ⅲ 유전자형에 따라 환자군의 혈소판감소의 중(경)등도는 통계적으로 유의한 차이가 있었다. 이상의 결과를 종합하면, 서구인에 비해 한국인에서의 HPA 유전자 다형성은 비교적 적으며 유전자형의 빈도에 있어서도 서로 차이가 있음을 알 수 있었다. 또한 정상대조군과 환자군 사이에 HPA Ⅴ의 유전자 다형성 차이가 관찰됨으로써 면역성 혈소판감소증의 발생 기전과 HPA Ⅴ 유전자형 사이에 연관성이 있음을 알 수 있었다. 이는 HPA Ⅴ가 활성화된 T 림프구의 VLA(very late antigen) 2와 구조가 동일하므로 혈소판 당단백 수용체와 세포매개 면역작용 또는 interleukin과의 상호 연관성을 간접적으로 시사하는 것으로 사료 된다. [영문] Alloimmune-mediated platelet destruction by antibodies to platelet-specific antigens may be seen in at least three well-known clinical entities. These entities include neonatal alloimmune thrombocytopenia, posttransfusion purpura, and refractoriness to platelet transfusions. These conditions require detailed serologic analysis for immunophenotyping as well as the identification of antibodies directed at human platelet specific antigens(HPA). According to the rapidly increasing demand of platelet transfusion in clinical medicine, knowledge of platelet immunology has rapidly expanded by the introduction of new molecular biological technology. Especially the ability to generate large amounts of cDNA from platelet-specific mRNA sequences should make possible direct molecular characterization of normal platelet proteins. All platelet-specific alloantigens as yet investigated are due to single DNA base changes leading to single amino acid substitution at the protein level and all HPA systems to date have been found to be localized on platelet membrane glycoproteins. HPA Ⅰ and Ⅳ are localized on GP Ⅲa and HPA Ⅲ on the heavy chain of GP Ⅱb. HPA Ⅱ is located on GP Ⅰb and GP Ⅰa carries the HPA Ⅴ antigenic epitopes. Genotyping of five distinct diallelic human platelet alloantigen(HPA) systems, HPA Ⅰ(Pl**A , Zw), HPA Ⅱ(Ko, Sib), HPA Ⅲ(Bak, Lek), HPA Ⅳ(Pen, Yuk) and HPA Ⅴ(Br, Zav, Hc) _was performed to identify whether HPA genotype relates to the development of immune thrombocytopenia and whether HPA genotype contributes to the difference in platelet counts or platelet antibody tests in immune thrombocytopenic patients To determine the genotype and gene frequencies for the HPA Ⅰ-Ⅴ, DNA from 160 healthy controls and 26 patients of immune thrombocytopenia were isolated from peripheral blood mononuclear leukocytes and specific sequences were amplified using polymerase chain reaction(PCR). DNA-based RFLP analysis using PCR product for HPA Ⅰ, Ⅱ, Ⅴ and allele-specific PCR for HPA Ⅲ, Ⅳ were done. The obtained genotype frequencies of normal Korean population were 100.0%, 0.0 %, 0.0% for HPA Ⅰ a+b-, a+b+, a-b+ and 87.4%, 12.0%, 0.6% for HPA Ⅱ a+b-, a+b+, a-b+ and 17.6%, 68.6%, 13.8% for HPA Ⅲ a+b-, a+b+, a-b+ and 100.0%, 0.0%, 0.0% for HPA Ⅳ and 98.1%, 1.9%, 0.0% for HPA Ⅴ a+b-, a+b+, a-b+, respectively. And the gene frequencies were 1.000, 0.000 for HPA Ⅰ a, b and 0.934, 0.066 for HPA Ⅱ a, b and 0.520, 0.480 for HPA Ⅲ a, b and 1.000, 0.000 for HPA Ⅳ a, b and 0.990, 0.010 for HPA Ⅴ a, b respectively. The genotype frequencies of immune thrombocytopenic patients were also done and compared with those of normal population, showing statistically significant difference in HPA Ⅴ genotype polymorphism(P=0.03). HPA Ⅴ residing on the Gp Ⅰa/Ⅱa complex is identical with the 2 heterodimer complex of VLA-2 molecules on very late activated T lymphocytes. And the expression of VLA-2 can be up regulated on T lymphocyte in response to mitogen or antigen stimulation. The same molecular structures of HPA Ⅴ on activated T lymphocytes provide evidence for the concept of cell mediated immunity or cytokine control of platelet receptor in immune thrombocytopenia - new and its importance has yet to be clarified in platelet immunology. There were no statistically significant difference between genotype polymorphism of HPA Ⅰ-Ⅴ and the lowest platelet counts found during admission period of immune thrombocytopenic patients. But the same analysis concerning the severity of thrombocytopenia with the grouping of patient to mild and severe cases showed, interestingly, statistically significant difference in HPA Ⅲ system(p=0.01). In HPA Ⅲ system, amino acid dimorphisms control both the formation as well as the expression of the alloantigenic determinants as other HPA systems but the post-translational modifications (ie, glycosylation) of the polypeptide chain may play a secondary role in the formation of the antibody-binding site on the target glycoprotein. In conclusion, this study demonstrated the genetic association of HPA Ⅴ -in immune thrombocytopenia and suggests that the concurrent activation of cell-mediated toxicity to platelets.restrictio