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반도체 채널층, 상기 반도체 채널층 상에 위치한 게이트 산화막, 상기 게이트 산화막 상에 위치하는 게이트 전극을 포함하는 MOS 소자의 게이트 산화막 터널링 특성 분석 방법으로서, 상기 방법은, 제일원리 계산 방법을 이용하여 상기 MOS 소자의 원자 구조를 생성하는 단계;상기 게이트 전극과 상기 반도체 채널층의 전압 차이에 따른 상기 게이트 산화막의 터널링 스펙트럼을 제일원리 전자수송 특성 계산 방법을 이용하여 계산하는 단계; 및상기 게이트 전극과 상기 반도체 채널층의 전압 차이에 따른 게이트 산화막의 터널링 전류 특성을 상기 터널링 스펙트럼에 기초하여 계산하는 단계를 포함하고,상기 MOS 소자의 원자 구조는 제1 원자로 구성된 반도체 채널 원자층, 상기 제1 원자와 상이한 제2 원자로 구성된 게이트 전극층, 상기 반도체 채널 원자층 및 상기 게이트 전극 원자층 사이에 위치한 게이트 산화막 원자층으로 구성되며, 상기 게이트 산화막 원자층은 상기 반도체 채널 원자층과의 사이에 형성되는 제1 계면 원자층, 상기 게이트 전극 원자층과의 사이에 형성되는 제2 계면 원자층 및 상기 제1 계면 원자층과 상기 제2 계면 원자층 사이에 정의되는 완전 게이트 산화막 원자층을 포함하며,상기 게이트 산화막 원자층은 상기 제1 원자와 상기 제2 원자와 각각 상이한 제3 원자와 산소 원자로 구성되며, 상기 MOS 소자는 Ge 기반 나노 소자이고, 상기 제1 원자는 Ge, 상기 제2 원자는 Au, 상기 제3 원자는 Al이며,상기 게이트 산화막 원자층의 터널링 스펙트럼은 상기 제1 계면 원자층 및 상기 제2 계면 원자층에 의한 터널링 영향을 고려하여, 상기 MOS 소자의 원자 구조의 단위 면적을 통과하는 전하의 전송 확률로서, 하기 수학식 1과 같이 계산되고,상기 게이트 전극과 상기 반도체 채널층의 전압 차이에 따른 게이트 산화막 원자층의 터널링 전류 특성은 하기 수학식 2와 같이 계산되고, [수학식 1]여기서, : 터널링 스펙트럼, : 터널링 채널 인덱스, E: 전하 캐리어 에너지, : 계면에 평행한 파동 벡터, 총 파동 벡터 수, : 반도체 채널층에 인가된 전압(Vb,Ge)과 게이트 전극에 인가된 전압(Vb,Au)의 차이인 Vb = Vb,Ge - Vb,Au 로 정의된다
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제1 항에 있어서, 상기 제일원리 계산 방법을 이용하여 상기 MOS 소자의 원자 구조를 생성하는 단계는, 밀도 범함수 이론(density functional theory, DFT)을 기반으로 하는 제일원리 전자구조 계산 방법을 사용하며, 상기 게이트 산화막이 비정질 게이트 산화막인 경우, 비정질 산화물의 원자 구조 생성을 위해 제일원리 분자동력학 계산 방법이 더 고려되는 것을 포함하고, 상기 MOS 소자의 원자당 프로젝트 된 전자 상태 밀도(atom-PDOS)를 산출하고 상기 MOS 소자의 밴드갭 배열을 산출하는 단계는, 전자 구조 분석을 위해 전자간 상호작용을 추가적으로 고려한 국소 밀도 근사(LDA+U)가 사용하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 게이트 산화막 터널링 특성 분석 방법
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