[논문]고분해능 전자현미경법을 이용한 (Bi, La)4Ti3O12 박막의 결정학적 특성 평가

이덕원; 양준모; 박태수; 김남경; 염승진; 박주철; 이순영; 박성욱

doi:10.3740/mrsk.2003.13.7.478

[국내논문] 고분해능 전자현미경법을 이용한 (Bi, La)4Ti3O12 박막의 결정학적 특성 평가
Crystallographic Characterization of the (Bi, La)4Ti3O12 Film by High-Resolution Electron Microscopy 원문보기

한국재료학회지 = Korean journal of materials research, v.13 no.7, 2003년, pp.478 - 483

이덕원 (㈜하이닉스반도체 메모리 연구소) , 양준모 (㈜하이닉스반도체 메모리 연구소) , 박태수 (㈜하이닉스반도체 메모리 연구소) , 김남경 (㈜하이닉스반도체 메모리 연구소) , 염승진 (㈜하이닉스반도체 메모리 연구소) , 박주철 (㈜하이닉스반도체 메모리 연구소) , 이순영 (㈜하이닉스반도체 메모리 연구소) , 박성욱 (㈜하이닉스반도체 메모리 연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

The crystallographic characteristics of the $(Bi, La)_4$$Ti_3$$O_{12}$ thin film, which is considered as an applicable dielectrics in the ferroelectric RAM device due to a low crystallization temperature and a good fatigue property, were investigated at the atomic scale by high resolution transmission electron microscopy and the high resolution Z-contrast technique. The analysis showed that a (00c) preferred orientation and a crystallization of the film were enhanced with the diffraction intensity increase of the (006) and (008) plane as the annealing temperature increased. It indicated a change of the atomic arrangement in the (00c) plane. Stacking faults on the (00c) plane were also observed. Through the comparison of the high-resolution Z-contrast image and the $Bi_4$$Ti_3$$O_{12}$ atomic model, it was evaluated that the intensity of the Bi atom was different according to the atomic plane, and it was attributed to a substitution of La atom for Bi at the specific atom position.

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 연구에서 BLT 박막의 원자배열을 평가하기 위해 사용한 Z 콘트라스트 기법의 분석원리에 대해 간단히 기술한다. 고각산란 암시야 (high-angle annular dark-field, HAADF) STEM 검출기에 의한 Z 콘트라스트상은 원자 스케일로 관찰할 수 있으며, 브라그 (Bragg) 조건과 채널링 (channeling) 콘트라스트 효과를 피할 수 있다면 탄성 산란된 전자로 인한 환상 STEM 검출기의 영상 강도는 다음식에 의해 주어진다.
본 절에서는 BLT (00c) 면의 원자배열 상의 특성과 La 원자가 어느 위치에 치환되어 있는지에 대하여 고분해능 Z 콘트라스트상과 원자모델의 비교를 통하여 고찰한다. Fig.

가설 설정

현재까지 FeRAM 공정에서는 페로브스카이트 (perovskite) 구조의 Pb(Zr, Ti)O₃(이하 PZT)와 Bi 층상구조의 SrBi₂Ta₂O₉(이하 SBT)가 주로 사용되고 있으나, 최근에는 Bi_4-xLa_xTi₃O₁₂(이하 BLT)(사방정계구조, 공간군: Cmmm)가 새로운 강유전체 물질로서 주목 받고 있다.³⁾BLT의 원자모델에 관해서는 기 보고된 문헌에 자세히 설명되어 있으므로 여기서는 언급하지 않기로 한다.⁴⁾ BLT는 PZT의 낮은 결정화 온도와 SBT의 우수한 피로 특성을 동시에 갖추고 있어서 향후 FeRAM 공정상에서 적용 가능성이 매우 높은 것으로 알려져 있다.

제안 방법

본 연구에서는 고분해능 투과전자현미경법 (high-resolution transmission electron microscopy, HRTEM)과 전계방사형 주사투과전자현미경(field-emission scanning transmission electron microscope, FE-STEM)을 이용한 고분해능 Z 콘트라스트 기법(high-resolution Z-contrast technique)을 이용하여 BLT 박막의 결정학적 특성을 원자 스케일에서 평가하였다. 특히, Z 콘트라스트상은 고각 산란된 탄성전자를 선택적으로 검출하여 결상한 비간섭상으로서 원자번호의 제곱에 비례한 콘트라스트를 얻을 수 있어 Bi 및 La 원자배열의 직관적인 해석을 위해 도입하였다.
스케일에서 평가하였다. 특히, Z 콘트라스트상은 고각 산란된 탄성전자를 선택적으로 검출하여 결상한 비간섭상으로서 원자번호의 제곱에 비례한 콘트라스트를 얻을 수 있어 Bi 및 La 원자배열의 직관적인 해석을 위해 도입하였다.^8,9)
BLT 박막은 IrOx 하부 전극 위에 스핀 코팅(spin coating) 방법으로 lOOnm의 두께로 증착하였고, 625℃, 725℃의 O₂ 분위기에서 급속 열처리(rapid thermal anneal, 급속열처리) 공정을 진행하였다. BLT 박막의 우선 배향성과 열적 거동에 따른 결정학적 구조 분석을 X 선 회절법 (X-ray diffraction, XRD)에 의해 실시하였다.
제조하였다. JEM-2010UHR 200 kV TEM (JEOL)을 이용하여 HRTEM 관찰을 수행하였고, 고분해능 Z 콘트라스트상은 JEM-3000F (JEOL)에 부착되어 있는 주사투과전자현미경(scanning transmission electron microscopy, STEM)을 이용하여 θ₁(50mrad)~θ₂(110 mrad) 범위에서 고각 산란 전자를 검출함에 의하여 촬영하였다.
HRTEM 상의 강도 프로파일 측정과 푸리에 (Fourier)변환은 FDL5000 화상처리시스템 (Fuji) 전용 프로그램을 이용하였고, 고분해능 Z 콘트라스트상과 원자모델과의 대응을 통하여 BLT 원자배열의 변화에 대한 해석을 실시하였다.
TEM에 의한 미세구조의 관찰을 수행하기 전에 XRD에 의해 BLT 박막의 평균적인 구조분석을 실시하였다. 그 결과 (Fig.
BLT 구조에서 (00c) 면의 복잡한 적층 주기를 용이하게 관찰하기 위하여 (00c) 면에 평행하게 전자빔을 입사시켜 단면 TEM 관찰을 수행하였다. 그 결과인 Fig.

대상 데이터

TEM 시료는 Si 기판의 [110] 방향이 관찰되도록 절단하여 기계적인 연마 후에 이온 밀링 (ion milling)에 의해 제조하였다. JEM-2010UHR 200 kV TEM (JEOL)을 이용하여 HRTEM 관찰을 수행하였고, 고분해능 Z 콘트라스트상은 JEM-3000F (JEOL)에 부착되어 있는 주사투과전자현미경(scanning transmission electron microscopy, STEM)을 이용하여 θ₁(50mrad)~θ₂(110 mrad) 범위에서 고각 산란 전자를 검출함에 의하여 촬영하였다.

이론/모형

급속열처리) 공정을 진행하였다. BLT 박막의 우선 배향성과 열적 거동에 따른 결정학적 구조 분석을 X 선 회절법 (X-ray diffraction, XRD)에 의해 실시하였다.

성능/효과

실시하였다. 그 결과 (Fig. 2)로부터 급속열처리 온도가 높을수록 c축으로의 우선 배향성과 결정화도가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 급속열처리 625℃ 로 진행한 시료(Fig.
1. 급속열처리 온도의 증가에 따라서 BLT(00c)면의 우선 배향성과 결정화도가 증가하였고, 특히 (006), (008)면의 회절강도가 증가하였다. 그리고, (00c)면에 평행하게 입사하여 촬영한 HRTEM상으로부터 (00c)면의 적층 주기의 변화는 평가되었으며, 그 면에서 형성된 적층 결함은 아결정립의 형성과 직접적인 관계가 있다는 것이 관찰되었다.
급속열처리 온도의 증가에 따라서 BLT(00c)면의 우선 배향성과 결정화도가 증가하였고, 특히 (006), (008)면의 회절강도가 증가하였다. 그리고, (00c)면에 평행하게 입사하여 촬영한 HRTEM상으로부터 (00c)면의 적층 주기의 변화는 평가되었으며, 그 면에서 형성된 적층 결함은 아결정립의 형성과 직접적인 관계가 있다는 것이 관찰되었다.
2. 고분해능 Z 콘트라스트상과 Bi₄Ti₃O₁₂ 원자 모델과의 비교에 의해 Bi 원자의 강도가 원자면에 따라서 차이를 보이고 있는 것이 확인되었고, 이는 특정 원자위치에서 Bi 원자가 La 원자로 치환되었기 때문이라고 해석되었다.
3. HRTEM과 고분해능 Z 콘트라스트 기법의 연계분석은 복잡한 원자면 주기의 해석 시 매우 유용하다는 것을 알 수 있었다.

후속연구

5의 결과와 일치). 이것으로부터 (00c) 면의 원자배열이 위치마다 변화가 있는 것으로 알 수 있으며, 회절강도의 변화와 원자배열에 대해서는 향후 연구의 대상이다.

참고문헌 (10)

J. T. Evans and R.Womack, IEEE J. Solid-State Circuits, 23, 171 (1988)

상세보기
J. F. Scott and C. A. P. Araujo, Science, 246, 1400 (1989)

상세보기
N. Ichinose and M. Nomura, Jpn. J. Appl. Phys., 35, 4960 (1996)

상세보기
B. H. Park, B. S. Kang, S. D. Bu, T. W. Noh, J. Lee and W. Jo, Nature, 401, 682 (1999)

상세보기
O. Auciello, J. F. Scott and R. Ramesh, Phys. Today, 51(7), 22 (1998)

상세보기
W. S. Yang, N. K. Kim, S. J. Yeom, S. Y. Kweon and J. S. Roh, Jpn. J. Appl. Phys., 41, 727 (2002)

상세보기
N. K. Kim, W. S. Yang, S. J. Yeom, S. Y. Kweon, E. S. Choi and J. S. Roh, Integrated ferroelectrics., 39, 81 (2001)

상세보기
S. J. Pennycook, Ultramicroscopy, 30, 58 (1989)

상세보기
S. J. Pennycook and D. E. Jesson, Ultramicroscopy, 37, 14 (1991)

상세보기
M. Kawasaki, T. Oikawa, K. Ibe, K. H. Park and M. Shiojiri, J. Electron Microscopy, 47, 477 (1998)

상세보기

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

[국내논문] 고분해능 전자현미경법을 이용한 (Bi, La)4Ti3O12 박막의 결정학적 특성 평가
Crystallographic Characterization of the (Bi, La)4Ti3O12 Film by High-Resolution Electron Microscopy 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

참고문헌 (10)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

[국내논문] 고분해능 전자현미경법을 이용한 (Bi, La)4Ti3O12 박막의 결정학적 특성 평가 Crystallographic Characterization of the (Bi, La)4Ti3O12 Film by High-Resolution Electron Microscopy 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

Keyword

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

참고문헌 (10)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

양준모 (2) 김남경 (1) 염승진 (3) 박주철 (2) 이순영 (1)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

[국내논문] 고분해능 전자현미경법을 이용한 (Bi, La)4Ti3O12 박막의 결정학적 특성 평가
Crystallographic Characterization of the (Bi, La)4Ti3O12 Film by High-Resolution Electron Microscopy 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper