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[국내논문] 솔-젤법 및 급속열처리에 의한 $Sr_{0.9}4$Bi_{2.1}$$Ta_2$$O_9$ 박막의 저온형성에 관한 연구
Study on Low Temperature Formation of Ferroelectric $Sr_{0.9}4$Bi_{2.1}$$Ta_2$$O_9$ Thin Films by Sol-Gel Process and Rapid Thermal Annealing 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.13 no.4, 2000년, pp.312 - 317  

장현호 (고려대학교 재료공학과) ,  송석표 (고려대학교 재료공학과) ,  김병호 (고려대학교 재료공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Ferroelectric S $r_{0.9}$/B $i_{2.1}$/T $a_{2}$/ $O_{9}$ solutions were synthesized using sol-gel process in which strontinum ethoxide bismuth ethoxide trantalum ethoxide were used a s startring materials. SBT thin films were coated on Pt/Ti/ $SiO_2$...

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

  • 1V 간격으로 전기적 특성을 측정하였다. SBT 박막내에 존재하는 Bi의 결합상태를 알아보기 위해 X-ray source는 를 사용하고 15kV, 400W의 조건하에서 XPS (Philips 5700 ESCA, Physical Electronics)를 이용하여 박막의 표면과 내부를 관찰하였다.
  • SBT 박막의 Bi alloy 맟 fluorite 상 잔존여부롤 확인하기 위해서 20를 0.02° 씩 증가시키고 각 step에서 5초간 유지시켜가며 step mode로 XRD 분석을 하였다. SBT 박막의 급속열처리 온도에 따른 미세구조를 관찰하기 위해서 Je이의 JSM6330F SEM(scanning electron microscope)장비로 분석하였다.
  • 02° 씩 증가시키고 각 step에서 5초간 유지시켜가며 step mode로 XRD 분석을 하였다. SBT 박막의 급속열처리 온도에 따른 미세구조를 관찰하기 위해서 Je이의 JSM6330F SEM(scanning electron microscope)장비로 분석하였다. 또 Park Science의 PSI5M AFM(atomic force microscopy)을 이용하여 급속열처리 온도에 따른 SBT 박막의 평균거칠기 및 任면의 굴곡 상태를 관찰하였다.
  • 门瓦。9 조성의 용액을 이용해서 제조한 박막의 급속열처리 온도 변화에 따른 P-V 곡선이다. 각 시편은 급속열처리 후 700X:의 산소분위기에서 1시간 로열처리, Pt 상부전극 증착 후 30분간 후열처리 하였다. P-V 곡선의 모양은 모두 비슷하지만 잔류분극값은 급속열처리 온도가 높아짐에 따라 커지는 것을 확인할 수 있었다.
  • 급속열처리 온도가 각기 다른 Sro.9Bi2.iTa209 박막을 70013에서 로열처리한 후에 XPS를 이용하여 Bi의 결합형태를 관찰하였다. Fig.
  • 그림 5. 급속열처리 온도에 따른 SBT 박막의 이력 특성 (700°c에서 1시간 로열처리, 700C에서 30분 후열처리).
  • 씨앗층 (seed layer)를 형성해서 층상 페롭스카이트상으로의 상전이를 촉진시키기 위해 급속열처리 공정을 도입하였다. 급속열처리 온도의 변화에 따른 SBT 박막의 유전 및 전기적 특성을 조사하였으며 전기적 특성에 영향을 주는 원인인 SBT 박막의 표면거칠기 및 Bi 결합형태를 AFM, XPS를 이용해서 관찰하였다.
  • SBT 박막의 급속열처리 온도에 따른 미세구조를 관찰하기 위해서 Je이의 JSM6330F SEM(scanning electron microscope)장비로 분석하였다. 또 Park Science의 PSI5M AFM(atomic force microscopy)을 이용하여 급속열처리 온도에 따른 SBT 박막의 평균거칠기 및 任면의 굴곡 상태를 관찰하였다.
  • 상전이를 촉친시켜 박막의 유전적 특성올 향상시키기 위해서 급속열처리(rapid thermal annealingX 720, 740, 760, 780E로 나누어서 60초간 산소 분위기에서 해주었다. 박막의 완전한 결정화를 위해서 700V 산소분위기에서 1시간동안 로열처리를 하여 약 2000 A의 두께를 갖는 SBT 박막올 제조하였다. 이후스퍼터링법으로 Pt 상부전극을 증착한 후 전기적성질의 회복을 위해 700笆의 산소분위기에서 30분간 후열처리하였다.
  • 박막의 이력특성을 특정하기 위하여 RT66A (Radient Technologies, Inc)를 사용하여 각각의 박막을 ±2, ±3, ±5의 인가전압 하에서 이력곡선을 측정하였으며 Keithley 617 high voltage source measurement unit를 사용하여 0~8V의 인가전압범위에서 de 전압으로 0.1V 간격으로 전기적 특성을 측정하였다. SBT 박막내에 존재하는 Bi의 결합상태를 알아보기 위해 X-ray source는 를 사용하고 15kV, 400W의 조건하에서 XPS (Philips 5700 ESCA, Physical Electronics)를 이용하여 박막의 표면과 내부를 관찰하였다.
  • 스핀코팅은 2000 rpm의 회전속도로 30초간 하였으며, 그후 코팅된 박막내의 유기물의 탈리를 위해 40013에서 5분간 열처리 해주었다. 상전이를 촉친시켜 박막의 유전적 특성올 향상시키기 위해서 급속열처리(rapid thermal annealingX 720, 740, 760, 780E로 나누어서 60초간 산소 분위기에서 해주었다. 박막의 완전한 결정화를 위해서 700V 산소분위기에서 1시간동안 로열처리를 하여 약 2000 A의 두께를 갖는 SBT 박막올 제조하였다.
  • 용매로는 2-methoxyethanol (CH3OCH2CHQH)를 사용하였다. 수분에 민감한 alkoxide를 안정화시키기우] 하 여 chelating agent 로 ethylacetoacetate (CHiiCOCHzCOOCzHs) 를 사용하였고, 가수분해시반응을 촉진시키기 위하여 촉매로 질산(HN03)을 첨가하였다. 실험에서 사용한 기판은 Pt이 하부전극으로 약 2000A, 티타늄이 약 200A의 두께로 증착되어 있는 Pt/Ti/SiO^/Si 기판을 사용하였다.
  • 1/20 으로 고정하였다. 씨앗층 (seed layer)를 형성해서 층상 페롭스카이트상으로의 상전이를 촉진시키기 위해 급속열처리 공정을 도입하였다. 급속열처리 온도의 변화에 따른 SBT 박막의 유전 및 전기적 특성을 조사하였으며 전기적 특성에 영향을 주는 원인인 SBT 박막의 표면거칠기 및 Bi 결합형태를 AFM, XPS를 이용해서 관찰하였다.
  • 박막의 완전한 결정화를 위해서 700V 산소분위기에서 1시간동안 로열처리를 하여 약 2000 A의 두께를 갖는 SBT 박막올 제조하였다. 이후스퍼터링법으로 Pt 상부전극을 증착한 후 전기적성질의 회복을 위해 700笆의 산소분위기에서 30분간 후열처리하였다. 위의 과정에 대한 개략도를 Fig.
  • 제조한 SBT 박막의 급속 열처리 온도에 따른 상전이 거동을 알아보기 위하여 Philips의 PW 1710 XRD(X-ray diffraction) 기기를 이용하여 30kV, 25mA, CuKa (>1 =1.5418)로 20 는 20〜40° 범위에서 분석을 하였다.

대상 데이터

  • 수분에 민감한 alkoxide를 안정화시키기우] 하 여 chelating agent 로 ethylacetoacetate (CHiiCOCHzCOOCzHs) 를 사용하였고, 가수분해시반응을 촉진시키기 위하여 촉매로 질산(HN03)을 첨가하였다. 실험에서 사용한 기판은 Pt이 하부전극으로 약 2000A, 티타늄이 약 200A의 두께로 증착되어 있는 Pt/Ti/SiO^/Si 기판을 사용하였다. 스핀코팅은 2000 rpm의 회전속도로 30초간 하였으며, 그후 코팅된 박막내의 유기물의 탈리를 위해 40013에서 5분간 열처리 해주었다.
  • 출발물질로는 strontium ethoxide (Sr(OC2H5)2), bismuth ethoxide (Bi(OC2H5)3), tantalum ethoxide (TatOCaHsJsX 사용하였다. 용매로는 2-methoxyethanol (CH3OCH2CHQH)를 사용하였다. 수분에 민감한 alkoxide를 안정화시키기우] 하 여 chelating agent 로 ethylacetoacetate (CHiiCOCHzCOOCzHs) 를 사용하였고, 가수분해시반응을 촉진시키기 위하여 촉매로 질산(HN03)을 첨가하였다.
  • 이용하였다. 출발물질로는 strontium ethoxide (Sr(OC2H5)2), bismuth ethoxide (Bi(OC2H5)3), tantalum ethoxide (TatOCaHsJsX 사용하였다. 용매로는 2-methoxyethanol (CH3OCH2CHQH)를 사용하였다.

이론/모형

  • 강유전성 Sr0.QBi2.iTa2O9 박막의 공정온도를 낮추기 위하여 솔-첼법을 이용하였으며 급속열처리를 도입하여 층상 페롭스카이트 상으로의 전이를 촉진시켜주었다. 급속열처리 온도에 따룬 SBT 박막의 결정화 및 성장, 그리고 유전 및 전기적 특성에 대해 연구한 걸과 다음과 같은 결론을 얻었다.
  • 본 연구에서 제조한 SBT 코팅 용액은 솔-젤법을 이용하였다. 출발물질로는 strontium ethoxide (Sr(OC2H5)2), bismuth ethoxide (Bi(OC2H5)3), tantalum ethoxide (TatOCaHsJsX 사용하였다.
  • 본 연구에서는 SBT 박막의 공정온도를 낮추기위해서 저온화 공정으로 알려진 솔-젤법을 이용하여 SBT 박막을 제조하였다. SBT 의 조성은 Sr/Bi/Ta = 0.
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