[논문]2단계 스퍼터링으로 형성시킨 강유전 박막의 누설전류 개선

마재평; 신용인

문제 정의

그러나 PZT는 제조 공정상의 입 열(heat-input)에 의해서 다음과 같은 두 가지의 큰 문제점을 야기하는데 그에따른 대책까지 생각해보자.
본 연구에서는 기존의 박막 제조 방법 외에도, 2 단계 스퍼터링과 도너 불순물 도핑으로 강 유전 박막을 제조하여 누설전류 특성의 개선을 기하고자 하였다.
여기에서 너무 얇은 상온층은 하부전극의 유동을 크게 억제할 수 없음을 알 수 있었고 따라서 기존의보고와3) 같이 상온층을 너무 얇게 입힌 경우는 누설전류 개선 효과가 작다는 것을 확인할 수 있었다. 한편 , 앞서 전도기구 조사로부터 불순물 도핑 도 PZT 박막의 누설전류 개선의한 방법이 될 수 있음을 알았는데, 본 연구에서는 여러 불순물 후보의 valency, coordination number를 고려한 ion 크기 등을 고려하여 PZT 구조에서 4+ ion의 자리 중 Ti-site 를 치환하는 것이 가장 canier 보상 가능성이 큰 것으로 판단하여 Ta과 Nb을 선택 하여3)이들을 도핑한 시 편들도 2단계 스퍼터 링으로 제조하여 각각의 누설전류 특성을 더욱 개선시켜보고자 하였다. 총두께가 175nm이고 3/20의 상온층을 포함하며 도너불순물이 도핑된 각 시편의 2.

제안 방법

그리고 HP4145B로 박막의 I-V 특성을 조사하였고 그 결과로부터 각 전압에 따른 누설전류밀도를 환산하였다. C-V특성은 Boonton 7200 capacitance meter를 이용하여 얻었고 거기서 유전상수(relative dielectric permittivity)를 계산하였다.
강유전(ferroelectric) 특성을 갖는 perovskite 구조의 형성 여부를 알아보기 위해 XRD(x-ray diffractometer)# 이용하였고, 미세구조는 SEM (Scanning Electron Microscope)을 사용하여 최 대 50, 000배의 배율로 관찰했는데 이때 하부전극의 유동 성 향을 조사하기 위하여 EDS(Ene更y Dispersive X-ray Spectrometer)를 이용해 계면 부위에서의 조성분석도 행하였다.
4xl0%m2등의 dot 형태로 증착해주었다. 그리고 HP4145B로 박막의 I-V 특성을 조사하였고 그 결과로부터 각 전압에 따른 누설전류밀도를 환산하였다. C-V특성은 Boonton 7200 capacitance meter를 이용하여 얻었고 거기서 유전상수(relative dielectric permittivity)를 계산하였다.
박막의 전기적 특성들을 측정하기 위해 필요한 상부 전극으로 A1 을 E-beam 증착기를 이용해 면적이 2.4xl0%m2등의 dot 형태로 증착해주었다. 그리고 HP4145B로 박막의 I-V 특성을 조사하였고 그 결과로부터 각 전압에 따른 누설전류밀도를 환산하였다.
스퍼터링 방법으로 박막을 제조한 본 연구에서는, Pb와 Ti 성분의 휘 발에 대처 하기 위해 5%과잉 PbO가 함유되고 Zr/Ti 비가 30/70인 bulk-PZT target과 여기에 도너로 작용할 불순물을 선택하여 12)각 5%씩 첨 가된 것 등을 사용하였다.
5L 잡았다. 증착 속도는 본 연구에서 채택된 강유전상 형성 온도인 650℃에서 입힌 층이 약 6.1nm/min였고 상온층은 이보다 약간 빠른 7.6nm/min여서, 이 속도를 토대로 최대 총 두께 250nm 까지의 시편들을 각각 제조하였다. 스퍼터링 시스템의 chamber로의 gas 유입량 비율은 Ar/C>2=9/1 이 되게 m.

이론/모형

두껍게 입혀 사용하였다. 이 두 가지의 metal 층은 모두 de magnetron 스퍼 터 링 방법으로 증착하였다.

성능/효과

550℃에서 는 상유전상(paraelectHc phase)인 pyro- chlore의 peak만 존재하고, 600℃에서는 강유전 (ferroelectric)상인 perovskite가 일부 나타나기 시작하며 , 650℃에서 는 perovskite의 peak만 존재 하여 강유전상의 형성온도가 650℃ 정도임을 확인할 수 있었다.
PZT 박막의 전기전도 기구를 조사한 결과, bulk-limited 기구가 타당함을 알았고, 이를 바탕으로 적합한 도너 불순물을 채택, 도핑하여 누설전류를 더욱 개선시킬 수 있었다.
강유전 PZT 박막을 2단계 sputtering 방법으로 증착하여 누설전류를 크게 감소시 킬 수 있었고 상온층이 하부전극 물질의 유동을 억제시킨 결과로 판단되었다. PZT 박막의 전기전도 기구를 조사한 결과, bulk-limited 기구가 타당함을 알았고, 이를 바탕으로 적합한 도너 불순물을 채택, 도핑하여 누설전류를 더욱 개선시킬 수 있었다.
5의 경우에 비해 약 40% 크게 나타남을 볼 수 있다. 여기에서 너무 얇은 상온층은 하부전극의 유동을 크게 억제할 수 없음을 알 수 있었고 따라서 기존의보고와3) 같이 상온층을 너무 얇게 입힌 경우는 누설전류 개선 효과가 작다는 것을 확인할 수 있었다. 한편 , 앞서 전도기구 조사로부터 불순물 도핑 도 PZT 박막의 누설전류 개선의한 방법이 될 수 있음을 알았는데, 본 연구에서는 여러 불순물 후보의 valency, coordination number를 고려한 ion 크기 등을 고려하여 PZT 구조에서 4+ ion의 자리 중 Ti-site 를 치환하는 것이 가장 canier 보상 가능성이 큰 것으로 판단하여 Ta과 Nb을 선택 하여3)이들을 도핑한 시 편들도 2단계 스퍼터 링으로 제조하여 각각의 누설전류 특성을 더욱 개선시켜보고자 하였다.
즉, 상온에서 우선 얇게 강유전체층을 입힌 후 그 바닥층 위에 나머지 두께를 in-situ 방법으로 증착하여, 상온에서 형성시킨 강유전체 층이 강유전상 형성온도에서 의 증착 때 하부전극 물질의 유동을 저지하되 상온층을 얇게 입혀줌으로써 강유전상 형성 온도에서의 증착때 상온층도 자연스럽게 강유전상으로 상 변화를 시켜주는 것이다. 이 방법을 PZT나 BST(Barium Strontium Titanate) 등의 대 표적 인 강유전체에 일단 적용해본 결과 누설전류 개선 현상이 뚜렷한 바 있었다.‘X)즉 어떤 물질을 채택한 경우에도 1 order 정도의 누설전류 감소를 유도해낼 수 있었다.
이 와같이 perovskite 구조를 갖는 650℃에서 전체 두께를 모두 형성시킨 PZT 박막의 전압에 따른 분극 loop 특성을 조사한 결과 Fig. 2와 같아서 전형적 인 강유전 특성을 가짐을 확인할 수 있었다. Saturation polarizatione 85 gC/cm², remanent polarizatione 50 |J.
이상에서, PZT 박막은 본 연구에서 채택한 공정조건에 관계없이 bulk-limited 기구에 의한 누설 전류 현상을 나타내므로, 불순물 첨가에 의한 carrier 보상으로써 PZT 박막의 누설 전류를 개선할 수 있다고 볼 수 있었다.
한편, 상온층이 전체 두께의 3/20정도인 27 nm 를 포함시킨 시편에서 누설전류의 극소값이 나타났는데, 상온층이 너무 얇으면 하부전극물질의 안정성이 확보되지 못하고 너무 두꺼우면 강 유전 상의 형성이 완성되지 못하여 각각 누설전류의 개선 정도가 덜한 것으로 생각할 수 있었다. 이를 자세히 확인해보기위해 PZT-하부전극 계면 바로 위의 부위에 대해 전체 두께의 2/20인 18nm와 3/20인 27 nm인 상온층을 각각 포함시킨 시편을 EDS로 조성분석 한 결과 각각 Fig.

후속연구

불순물 도핑 방법을 시도하는 경우, 도핑할 불순물 선택시 고려해야 할 사항들이 있다. 불순물을 치환할 자리 , valency, 이온반지 름, 융점 등을 충분히 검토하여 도너 불순물을 선택해야만 원하는 위치 (site)의 치환가능성을 높게 할 수 있고 따라서 특성 개선을 기할 수 있을 것이다.

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

2단계 스퍼터링으로 형성시킨 강유전 박막의 누설전류 개선
Improvement of Leakage Current in Ferroelectric Thin Films Formed by 2-step Sputtering 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

이론/모형

성능/효과

후속연구

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

2단계 스퍼터링으로 형성시킨 강유전 박막의 누설전류 개선 Improvement of Leakage Current in Ferroelectric Thin Films Formed by 2-step Sputtering 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

이론/모형

성능/효과

후속연구

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

마재평 (12)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

2단계 스퍼터링으로 형성시킨 강유전 박막의 누설전류 개선
Improvement of Leakage Current in Ferroelectric Thin Films Formed by 2-step Sputtering 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper